Молекулярно-кінетичні уявлення про будову речовини пояснюють все різноманіття властивостей рідин, газів і твердих тіл. Між частинками речовини існують електромагнітні взаємодії - вони притягуються і відштовхуються один від одного за допомогою електромагнітних сил. На дуже великих відстанях між молекулами ці сили нікчемно малі.
Сили взаємодії молекул
Але картина змінюється, якщо зменшувати відстань між частинками. Нейтральні молекули починають орієнтуватися в просторі так, що їх звернені один до одного поверхні починають мати протилежні за знаком заряди і між ними починають діяти сили тяжіння. Це відбувається, коли відстань між центрами молекул більше суми їх радіусів.
Якщо продовжувати зменшувати відстань між молекулами, то вони починають відштовхуватися в результаті взаємодії однойменно заряджених електронних оболонок. Це відбувається, коли сума радіусів взаємодіючих молекул більше відстані між центрами частинок.
Тобто на великих міжмолекулярних відстанях переважає тяжіння, а на близьких - відштовхування. Але існує певний відстань між частинками, коли вони знаходяться в положенні стійкої рівноваги (сили тяжіння рівні силам відштовхування). У цьому положенні у молекул мінімальна потенційна енергія. Молекули також мають кінетичну енергію, так як знаходяться весь час в безперервному русі.
Таким чином, міцність зв'язків взаємодії між частинками відрізняє три стану речовини: тверде тіло, газ і рідина, і пояснює їх властивості.
Візьмемо воду в якості прикладу. Розмір, форма і хімічний склад частинок води залишається тим же самим, чи є вона твердою (льодом) або газоподібної (паром). Але те, як ці частинки рухаються і розташовані, по-різному для кожного стану.
тверді речовини
Тверді речовини зберігають свою структуру, їх можна розколоти або розбити, приклавши зусилля. Ви не можете пройти через стіл, тому що і ви і стіл є твердими. Тверді частинки мають найменшою кількістю енергії з трьох традиційних станів матерії. Частинки розташовані в певній структурної послідовності з дуже невеликим простором між ними.
Вони утримуються разом в рівновазі і можуть тільки вібрувати навколо фіксованого положення. У зв'язку з цим тверді речовини мають високу щільність і фіксовану форму і об'єм. Якщо залишити стіл протягом декількох днів в спокої, він не розшириться, і тонким шаром деревини по всій підлозі не заповнить кімнату!
рідини
Так само, як в твердій речовині, частинки в рідині упаковані близько один до одного, але розташовуються випадковим чином. На відміну від твердих тіл, людина може проходити через рідину, це пов'язано з ослабленням сили тяжіння, що діє між частинками. У рідини частинки можуть переміщатися одна відносно одної.
Рідини мають фіксований обсяг, але не мають фіксованої форми. Вони будуть текти під дією гравітаційних сил. Але деякі рідини більш в'язкі, ніж інші. У в'язкої рідини сильніше взаємодія між молекулами.
Молекули рідини мають набагато більшу кінетичну енергію (енергією руху), ніж тверде тіло, але набагато менше, ніж газ.
гази
Частинки в газах знаходяться далеко один від одного і розташовані випадковим чином. Цей стан матерії має найвищу кінетичну енергію, так як між частинками практично відсутні сили тяжіння.
Молекули газів знаходяться в постійному русі в усіх напрямках (але тільки по прямій лінії), стикаються один з одним, і зі стінками посудини, в якому знаходяться, - це викликає тиск.
Гази також розширюються, щоб повністю заповнити обсяг судини, незалежно від його розміру або форми - гази не мають фіксованої форми або обсягу.