Агрегатное состояние вещества определяют силы межмолекулярного взаимодействия

 

Ещё в четвёртом веке до н.э. было известно о дискретном строении вещества, о том, что свойства вещества определяются свойствами его атомов (молекул). Прошло двадцать четыре века, но знание о дискретном строении вещества до сих пор не используется для вывода критерия, определяющего агрегатное состояние вещества.

Сейчас в молекулярной физике известно, что главной причиной, определяющей существование вещества в каком либо определённом агрегатном состоянии, является величина сил взаимного отталкивания и притяжения. Однако эти знания не востребованы для формулировки физического определения агрегатного состояния вещества.

«В ХХ веке, по мере развития представлений о строении атома и квантовой механики, было выяснено, что между молекулами вещества одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания. На рис. 1,а приведена качественная зависимость сил межмолекулярного взаимодействия от расстояния между молекулами, где и соответственно силы отталкивания и притяжения, - их результирующая. Силы отталкивания считаются положительными, а силы взаимного притяжения - отрицательными.

Рис. 1

На расстоянии результирующая сила , т.е. силы притяжения и отталкивания уравновешивают друг друга. Таким образом, расстояние соответствует равновесному расстоянию между молекулами, на котором бы они находились в отсутствии теплового движения. При преобладают силы отталкивания ( ), при - силы притяжения( ).

На расстояниях м. межмолекулярные силы практически отсутствуют ( )». [1]

Зависимость силы взаимодействия молекул от расстояния между ними является очень важным физическим фактором. Эта зависимость позволяет предсказать переход вещества из одного агрегатного состояния в другое, например, испарение и конденсацию. Эта зависимость также позволяет предсказать поведение вещества при внешней нагрузке (давлении). При изменении расстояния между молекулами возникает сила , с которой вещество сопротивляется внешней нагрузке.

 

Рис. 2

 

При равновесном расстоянии между молекулами не возникает сил притяжения и отталкивания (рис.2,а).

При уменьшении расстояния между молекулами (при внешней нагрузке сжатия), возникают силы отталкивания (рис.2,б). Они направлены так, чтобы расстояние между молекулами снова стало .

При увеличении расстояния между молекулами (при внешней нагрузке растяжения), возникают силы притяжения (рис.2,в). Они направлены так, чтобы расстояние между молекулами снова стало . Таким образом, молекулы вещества противостоят разрушению. В этом причина устойчивости твёрдого состояния вещества.