Universitas Inovasi Negeri Rusia
teknologi dan kewirausahaan
Cabang Penza
Departemen Ilmu Pengetahuan Alam
Karangan
Dalam disiplin "Konsep ilmu pengetahuan alam modern"
Topik: “Model ide tentang struktur cairan, gas, dan kristal”
Diselesaikan oleh: mahasiswa gr. 10E1 A.Antoshkina
Diperiksa oleh: Associate Professor G.V. Surovitskaya
Penza 2010
Isi
Perkenalan
Bab 1. Cairan
1.1.Konsep zat cair
1.3 Sifat cair
Bab 2. Gas
2.1.Konsep gas
2.2 Gerakan molekul
2.3.Sifat gas
Bab 3. Kristal
3.1.Konsep kristal
3.2.jenis kisi kristal
3.3. Sifat-sifat kristal, bentuk dan sistem
Kesimpulan
Bibliografi
Perkenalan
Menurut sensasi yang ditimbulkan oleh berbagai zat (benda zat) pada indra manusia, semuanya dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama: gas, cair, dan kristal (padat).
Gas tidak memiliki permukaan dan volumenya sendiri. Mereka sepenuhnya menempati kapal tempat mereka berada. Gas memiliki kemampuan yang tidak terbatas untuk memuai dengan meningkatnya suhu dan penurunan tekanan. Jarak antar molekul dalam gas jauh lebih besar daripada ukuran molekul itu sendiri, dan interaksi di antara mereka, yang disebut interaksi antarmolekul, lemah, dan molekul-molekul dalam gas bergerak hampir secara independen satu sama lain. Susunan partikel dalam suatu gas hampir seluruhnya acak (kacau).
Kristal, seperti semua benda padat, memiliki permukaan yang memisahkannya dari benda padat lain dan volume yang sesuai, yang tidak berubah (atau lebih tepatnya, sedikit berubah) dalam medan gravitasi. Jarak antar partikel dalam kristal jauh lebih kecil daripada dalam gas, dan interaksi antarmolekul atau interatomik (jika kristal dibangun dari atom-atom dari satu unsur) jauh lebih kuat daripada dalam gas dan cairan. Partikel-partikel dalam kristal didistribusikan dalam urutan teratur yang cukup ketat, membentuk kisi kristal. Partikel-partikel yang membentuk kisi kristal relatif kokoh pada tempatnya. Ciri khas kristal adalah sifat-sifatnya yang tidak sama pada arah yang berbeda. Fenomena ini disebut anisotropi properti.
Cairan menggabungkan banyak sifat gas dan kristal. Mereka memiliki permukaan dan volume, yang dipengaruhi oleh perubahan posisi bejana berisi cairan dalam medan gravitasi. Suatu zat cair dalam medan gravitasi menempati bagian bawah bejana tempatnya berada. Molekul-molekul dalam zat cair dihubungkan satu sama lain melalui gaya antarmolekul yang jauh lebih kuat dibandingkan dalam gas. Urutan susunan partikel pada zat cair juga jauh lebih tinggi dibandingkan pada gas. Dalam beberapa cairan, seperti air, volume individu yang sangat kecil memiliki orde yang mendekati volume kristal.
Dalam laporan tersebut, saya mencoba mengungkap esensi setiap wujud materi: cair, gas, dan kristal. Dia menggambarkan sifat-sifat zat, susunan molekul dan kisi kristal. Sekarang mari kita melihat lebih dekat setiap substansi, menyajikannya dalam sebuah model.
Bab 1. Cairan
1.1 Konsep zat cair
Masing-masing dari kita dapat dengan mudah mengingat banyak zat yang dianggapnya cair. Namun, memberikan definisi pasti tentang keadaan materi ini tidaklah mudah. Cairan menempati posisi perantara antara padatan kristal, yang ditandai dengan keteraturan sempurna dalam susunan partikel-partikel pembentuknya (ion, atom, molekul) dan gas, yang molekul-molekulnya berada dalam keadaan gerakan kacau (tidak teratur).
Bentuk benda cair dapat ditentukan seluruhnya atau sebagian oleh fakta bahwa permukaannya berperilaku seperti membran elastis. Jadi, air bisa terkumpul dalam bentuk tetesan. Tetapi zat cair mampu mengalir bahkan di bawah permukaan diamnya, dan ini juga berarti bahwa bentuk (bagian dalam benda cair) tidak dipertahankan.
Molekul cair tidak mempunyai posisi tertentu, tetapi pada saat yang sama mereka tidak mempunyai kebebasan bergerak sepenuhnya. Ada daya tarik di antara mereka, cukup kuat untuk membuat mereka tetap dekat. Suatu zat dalam wujud cair berada dalam kisaran suhu tertentu, di bawahnya ia berubah menjadi wujud padat (terjadi kristalisasi atau transformasi menjadi wujud padat amorf - kaca), di atasnya ia berubah menjadi wujud gas (terjadi penguapan). Batas interval ini bergantung pada tekanan.Sebagai aturan, suatu zat dalam keadaan cair hanya memiliki satu modifikasi. (Pengecualian yang paling penting adalah cairan kuantum dan kristal cair.) Oleh karena itu, dalam banyak kasus, cairan tidak hanya merupakan keadaan agregasi, tetapi juga fase termodinamika (fase cair).Semua cairan biasanya dibagi menjadi cairan murni dan campuran. Beberapa campuran cairan sangat penting bagi kehidupan: darah, air laut, dll. Cairan dapat bertindak sebagai pelarut.
1.2. Susunan molekul dalam zat cair
Molekul suatu zat dalam keadaan cair letaknya hampir berdekatan satu sama lain. Berbeda dengan benda kristal padat, di mana molekul membentuk struktur teratur di seluruh volume kristal dan dapat melakukan getaran termal di sekitar pusat tetap, molekul cair memiliki kebebasan lebih besar. Setiap molekul zat cair, seperti halnya zat padat, “terjepit” di semua sisinya oleh molekul tetangganya dan mengalami getaran termal di sekitar posisi kesetimbangan tertentu. Namun, dari waktu ke waktu molekul apa pun dapat berpindah ke tempat kosong terdekat. Lompatan cairan seperti itu cukup sering terjadi; oleh karena itu, molekul tidak terikat pada pusat tertentu, seperti pada kristal, dan dapat bergerak ke seluruh volume cairan. Ini menjelaskan fluiditas cairan. Karena interaksi yang kuat antara molekul-molekul yang letaknya berdekatan, mereka dapat membentuk gugus terurut lokal (tidak stabil) yang mengandung beberapa molekul. Fenomena ini disebut tatanan jarak pendek (Gbr. 1).
Gambar.1. contoh orde molekul cair jangka pendek dan ordo molekul zat kristal jangka panjang: 1.1 – air; 1. – es.
Beras. 2. uap air (1) dan air (2). Molekul air diperbesar sekitar 5·107 kali.
Gambar 2 mengilustrasikan perbedaan antara zat gas dan zat cair dengan menggunakan air sebagai contoh. Molekul air H2O terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom hidrogen yang terletak pada sudut 104°. Jarak rata-rata antar molekul uap sepuluh kali lebih besar daripada jarak rata-rata antar molekul air. Berbeda dengan Gambar 1, di mana molekul air digambarkan sebagai bola, Gambar 2 memberikan gambaran tentang struktur molekul air. Karena kepadatan molekul, kompresibilitas cairan, yaitu perubahan volume dengan perubahan tekanan, sangat kecil; jumlahnya puluhan dan ratusan ribu kali lebih kecil dibandingkan gas.
1.3 Sifat cair
Ketidakstabilan. Sifat utama zat cair adalah fluiditas. Jika gaya eksternal diterapkan pada bagian cairan yang berada dalam kesetimbangan, maka aliran partikel cairan muncul ke arah penerapan gaya ini: cairan mengalir. Jadi, di bawah pengaruh gaya luar yang tidak seimbang, cairan tidak mempertahankan bentuk dan susunan relatif bagian-bagiannya, dan oleh karena itu mengambil bentuk wadah di mana ia berada. Tidak seperti padatan plastik, cairan tidak memiliki batas luluh: cukup menerapkan gaya eksternal kecil agar cairan dapat mengalir.
Konservasi volume. Salah satu sifat khas zat cair adalah ia mempunyai volume tertentu (dalam kondisi luar yang konstan). Cairan sangat sulit untuk dikompresi secara mekanis karena, tidak seperti gas, hanya terdapat sedikit ruang kosong di antara molekulnya. Tekanan yang diberikan pada zat cair yang terbungkus dalam bejana diteruskan tanpa perubahan ke setiap titik dalam volume zat cair tersebut (hukum Pascal juga berlaku untuk gas). Fitur ini, bersama dengan kompresibilitasnya yang sangat rendah, digunakan pada mesin hidrolik. Zat cair pada umumnya bertambah volumenya (mengembang) jika dipanaskan dan mengecil volumenya (mengecil) jika didinginkan. Namun, ada pengecualian, misalnya air menyusut ketika dipanaskan, pada tekanan normal dan pada suhu dari 0 °C hingga sekitar 4 °C.
Viskositas. Selain itu, cairan (seperti gas) dicirikan oleh viskositas. Hal ini didefinisikan sebagai kemampuan untuk menahan pergerakan satu bagian relatif terhadap bagian lainnya - yaitu, sebagai gesekan internal. Ketika lapisan cairan yang berdekatan bergerak relatif satu sama lain, tumbukan molekul pasti terjadi selain yang disebabkan oleh gerakan termal. Timbul kekuatan yang menghambat gerakan teratur. Dalam hal ini, energi kinetik dari gerakan teratur berubah menjadi energi panas - energi gerakan molekul yang kacau.Cairan di dalam bejana, yang digerakkan dan dibiarkan sendiri, lambat laun akan berhenti, tetapi suhunya akan meningkat.
Pembentukan permukaan bebas dan tegangan permukaan. Karena kekekalan volume, zat cair mampu membentuk permukaan bebas. Permukaan seperti itu adalah antarmuka antara fase suatu zat tertentu: di satu sisi terdapat fase cair, di sisi lain terdapat fase gas (uap), dan, mungkin, gas lain, misalnya udara. Jika fasa cair dan gas dari zat yang sama bersentuhan, timbul gaya yang cenderung memperkecil luas antarmuka – gaya tegangan permukaan. Antarmuka berperilaku seperti membran elastis yang cenderung berkontraksi. Tegangan permukaan dapat dijelaskan oleh gaya tarik menarik antar molekul zat cair. Setiap molekul menarik molekul lain, berusaha untuk “mengelilingi” dirinya sendiri dengan molekul tersebut, dan karena itu meninggalkan permukaan. Oleh karena itu, permukaannya cenderung mengecil. Oleh karena itu, gelembung sabun cenderung berbentuk bola saat mendidih: untuk volume tertentu, bola memiliki luas permukaan minimum. Jika hanya gaya tegangan permukaan yang bekerja pada zat cair, maka zat tersebut akan berbentuk bola - misalnya, air jatuh dalam keadaan tanpa bobot. Benda-benda kecil dengan massa jenis lebih besar dari massa jenis zat cair dapat “mengambang” di permukaan zat cair, karena gaya gravitasi lebih kecil daripada gaya yang mencegah bertambahnya luas permukaan. (Lihat Tegangan permukaan.)
Penguapan dan kondensasi. Penguapan adalah peralihan bertahap suatu zat dari fase cair ke fase gas (uap). Selama pergerakan termal, beberapa molekul meninggalkan cairan melalui permukaannya dan menjadi uap. Pada saat yang sama, beberapa molekul berpindah dari uap ke cairan. Jika lebih banyak molekul yang keluar dari cairan daripada yang masuk, maka terjadi penguapan. Kondensasi adalah proses kebalikannya, peralihan suatu zat dari wujud gas ke wujud cair. Dalam hal ini, lebih banyak molekul yang masuk ke dalam cairan dari uap daripada ke dalam uap dari cairan. Penguapan dan kondensasi merupakan proses non-ekuilibrium; keduanya terjadi hingga kesetimbangan lokal tercapai (jika terbentuk), dan cairan dapat menguap seluruhnya, atau mencapai kesetimbangan dengan uapnya, ketika banyak molekul yang meninggalkan cairan kembali.
Mendidih adalah proses penguapan dalam cairan. Pada suhu yang cukup tinggi, tekanan uap menjadi lebih tinggi daripada tekanan di dalam cairan, dan gelembung uap mulai terbentuk di sana, yang (dalam kondisi gravitasi) melayang ke atas.
Pembasahan adalah fenomena permukaan yang terjadi ketika cairan bersentuhan dengan permukaan padat dengan adanya uap, yaitu pada antarmuka tiga fase. Pembasahan mencirikan “menempelnya” suatu cairan ke suatu permukaan dan menyebar di atasnya (atau, sebaliknya, tolak-menolak dan tidak menyebar). Ada tiga kasus: tidak ada pembasahan, pembasahan terbatas, dan pembasahan total.
Kelarutan adalah kemampuan cairan untuk larut satu sama lain. Contoh zat cair yang dapat larut: air dan etil alkohol, contoh zat cair yang tidak dapat bercampur: air dan minyak cair.
Difusi. Ketika ada dua cairan yang tercampur dalam sebuah bejana, molekul-molekul, sebagai akibat dari pergerakan termal, secara bertahap mulai melewati antarmuka, dan dengan demikian cairan tersebut secara bertahap bercampur. Fenomena ini disebut difusi (juga terjadi pada zat dalam keadaan agregasi lain).
Terlalu panas dan hipotermia. Suatu zat cair dapat dipanaskan melebihi titik didihnya agar tidak terjadi pendidihan. Hal ini memerlukan pemanasan yang seragam, tanpa perubahan suhu yang signifikan dalam volume dan tanpa pengaruh mekanis seperti getaran. Jika Anda memasukkan sesuatu ke dalam cairan yang sangat panas, cairan itu akan langsung mendidih. Air super panas mudah diperoleh di microwave. Subcooling adalah pendinginan cairan di bawah titik bekunya tanpa berubah menjadi keadaan agregasi padat. Seperti halnya panas berlebih, pendinginan super memerlukan tidak adanya getaran dan perubahan suhu yang signifikan.
Hidup berdampingan dengan fase lain. Secara formal, agar kesetimbangan hidup berdampingan antara fase cair dengan fase lain dari zat yang sama - gas atau kristal - diperlukan kondisi yang ditentukan secara ketat. Jadi, pada tekanan tertentu, diperlukan suhu yang ditentukan secara ketat. Namun, di alam dan teknologi di mana pun, cairan hidup berdampingan dengan uap, atau juga dengan keadaan agregasi padat - misalnya, air dengan uap dan seringkali dengan es (jika kita menganggap uap sebagai fase terpisah yang ada bersama dengan udara). Hal ini disebabkan oleh alasan berikut:
- Keadaan non-ekuilibrium. Cairan memerlukan waktu untuk menguap; sampai cairan tersebut benar-benar menguap, ia hidup berdampingan dengan uap. Di alam, air terus-menerus menguap, begitu pula proses sebaliknya - kondensasi.
- Volume tertutup. Cairan dalam bejana tertutup mulai menguap, tetapi karena volumenya terbatas, tekanan uapnya meningkat, menjadi jenuh bahkan sebelum cairan menguap seluruhnya, jika jumlahnya cukup besar. Ketika keadaan jenuh tercapai, jumlah cairan yang diuapkan sama dengan jumlah cairan yang terkondensasi, sistem mencapai kesetimbangan. Jadi, dalam volume terbatas, kondisi yang diperlukan untuk keseimbangan cairan dan uap dapat dicapai.
- Kehadiran atmosfer dalam kondisi gravitasi bumi. Suatu cairan dipengaruhi oleh tekanan atmosfer (udara dan uap), sedangkan untuk uap hampir hanya tekanan parsial saja yang harus diperhitungkan. Oleh karena itu, cairan dan uap di atas permukaannya masing-masing berhubungan dengan titik-titik berbeda pada diagram fasa, masing-masing di wilayah keberadaan fase cair dan di wilayah keberadaan fase gas. Hal ini tidak membatalkan evaporasi, namun evaporasi memerlukan waktu di mana kedua fase tersebut hidup berdampingan. Tanpa kondisi ini, cairan akan mendidih dan menguap dengan sangat cepat.
Bab 2. Gas
2.1. Konsep gas
GAS adalah salah satu keadaan agregat suatu zat yang partikel-partikel penyusunnya (atom, molekul) terletak pada jarak yang cukup jauh satu sama lain dan bergerak bebas. Berbeda dengan cairan dan padatan, di mana molekul-molekulnya berada pada jarak yang dekat dan terhubung satu sama lain melalui gaya tarik-menarik dan tolak-menolak yang signifikan, interaksi molekul-molekul dalam gas hanya terjadi pada saat-saat mendekat (tabrakan). Dalam hal ini terjadi perubahan tajam pada besaran dan arah kecepatan gerak partikel yang bertabrakan.
Nama "gas" berasal dari kata Yunani "chaos" dan diperkenalkan oleh Van Helmont pada awal abad ke-17; nama ini mencerminkan sifat sebenarnya dari pergerakan partikel dalam gas, yang ditandai dengan ketidakteraturan dan kekacauan total. . Berbeda dengan, misalnya, cairan, gas tidak membentuk permukaan bebas dan mengisi seluruh volume yang tersedia secara merata. Keadaan gas, jika kita memasukkan gas terionisasi, adalah keadaan materi yang paling umum di Alam Semesta (atmosfer planet, bintang, nebula, materi antarbintang, dll.).
2.2. Pergerakan molekul
Pergerakan molekul dalam gas terjadi secara acak: kecepatan molekul tidak memiliki arah yang diinginkan, tetapi terdistribusi secara kacau ke segala arah. Akibat tumbukan molekul satu sama lain, kecepatannya selalu berubah baik dalam arah maupun besarnya. Oleh karena itu, kecepatan molekul bisa sangat berbeda satu sama lain. Setiap saat di dalam gas terdapat molekul yang bergerak sangat cepat dan molekul bergerak relatif lambat. Namun, jumlah molekul yang bergerak jauh lebih lambat atau lebih cepat dibandingkan molekul lainnya sangatlah sedikit. Kebanyakan molekul bergerak dengan kecepatan yang relatif sedikit berbeda dari kecepatan rata-rata, bergantung pada jenis molekul dan suhu tubuh. Berikut ini, ketika berbicara tentang kecepatan molekul, yang kami maksud adalah kecepatan rata-ratanya. Kita akan membahas masalah pengukuran dan penghitungan kecepatan rata-rata molekul nanti. Dalam banyak diskusi mengenai pergerakan molekul gas, konsep jalur bebas rata-rata memegang peranan penting. Jalur bebas rata-rata adalah jarak rata-rata yang ditempuh molekul antara dua tumbukan berturut-turut. Ketika densitas gas menurun, jalur bebas rata-rata meningkat. Pada tekanan atmosfer dan 0°C, jalur bebas rata-rata molekul udara kira-kira 10-8-10-7 m (Gbr. 371).
Beras. 371. Ini kira-kira merupakan jalur molekul udara pada tekanan normal (meningkat satu juta kali lipat)
Dalam gas yang sangat dijernihkan (misalnya, di dalam bola lampu berongga), jalur bebas rata-rata mencapai beberapa sentimeter bahkan puluhan sentimeter. Di sini molekul berpindah dari dinding ke dinding hampir tanpa tumbukan. Dalam benda padat, molekul bergetar pada posisi rata-rata. Dalam cairan, molekul juga bergetar pada posisi rata-rata. Namun, dari waktu ke waktu setiap molekul melompat ke posisi rata-rata baru, terpisah dari posisi sebelumnya oleh beberapa jarak antarmolekul.
2.3. Sifat gas
Dalam keadaan gas, energi interaksi antar partikel jauh lebih kecil daripada energi kinetiknya: EMMB<< Екин.
Oleh karena itu, molekul gas (atom) tidak terikat satu sama lain, tetapi bergerak bebas dalam volume yang jauh lebih besar daripada volume partikel itu sendiri. Gaya interaksi antarmolekul muncul ketika molekul-molekul berada cukup dekat satu sama lain. Interaksi antarmolekul yang lemah menentukan rendahnya kepadatan gas, keinginan untuk ekspansi tanpa batas, dan kemampuan untuk memberikan tekanan pada dinding bejana, yang menghambat keinginan ini. Molekul gas bergerak secara acak dan kacau, dan tidak ada keteraturan dalam gas mengenai susunan molekulnya. Keadaan gas dicirikan oleh: suhu - T, tekanan - p dan volume - V. Pada tekanan rendah dan suhu tinggi, semua gas pada umumnya berperilaku kurang lebih sama. Namun pada suhu biasa dan, khususnya, suhu rendah dan tekanan tinggi, individualitas gas mulai terlihat. Peningkatan tekanan eksternal dan penurunan suhu mendekatkan partikel-partikel gas, sehingga interaksi antarmolekul mulai lebih terlihat. Untuk gas seperti itu, persamaan Mendeleev-Clapeyron tidak dapat lagi diterapkan: tetapi persamaan van der Waals harus digunakan:
dimana a dan b adalah suku konstan yang masing-masing memperhitungkan adanya gaya tarik menarik antara molekul dan volume intrinsik molekul.
Ketika gas dikompresi, ketika kepadatannya meningkat secara signifikan, gaya IMF menjadi semakin nyata, yang mengarah pada terciptanya kondisi untuk pembentukan berbagai ikatan dari molekul. Rekanan adalah kelompok molekul yang relatif tidak stabil. Dari sifat komponen IMF dapat disimpulkan bahwa gaya interaksi universal meningkat seiring dengan bertambahnya ukuran atom, kemampuan polarisasi meningkat tajam, oleh karena itu, semakin berat jenis partikel (atom atau molekul) suatu zat, biasanya semakin tinggi derajatnya. dari asosiasi mereka pada suhu tertentu, semakin rendah suhu suatu zat berubah dari gas menjadi cair.
Bab 3. Kristal
3.1.Konsep kristal
Dunia kristal merupakan dunia yang tidak kalah indah, beragam, berkembang, dan seringkali tidak kalah misteriusnya dengan dunia alam yang hidup. Pentingnya kristal bagi ilmu geologi terletak pada kenyataan bahwa sebagian besar kerak bumi berada dalam keadaan kristal. Dalam klasifikasi objek dasar geologi seperti mineral dan batuan, konsep kristal bersifat primer, elementer, mirip dengan atom dalam tabel periodik unsur atau molekul dalam klasifikasi kimia suatu zat. Menurut pernyataan kata-kata mutiara dari ahli mineralogi terkenal, profesor di Institut Pertambangan St. Petersburg D.P. Grigoriev, “mineral adalah kristal.” Jelas bahwa sifat-sifat mineral dan batuan berkaitan erat dengan sifat-sifat umum keadaan kristal.
Kata "kristal" adalah bahasa Yunani (????????????), arti aslinya adalah "es". Namun, di zaman kuno, istilah ini dialihkan ke polihedra alami transparan dari zat lain (kuarsa, kalsit, dll.), karena diyakini bahwa ini juga es, yang karena alasan tertentu menjadi stabil pada suhu tinggi. Dalam bahasa Rusia, kata ini memiliki dua bentuk: "kristal" itu sendiri, yang berarti benda beraneka segi yang terbentuk secara alami, dan "kristal" - sejenis kaca khusus dengan indeks bias tinggi, serta kuarsa transparan tak berwarna (“kristal batu”). Sebagian besar bahasa Eropa menggunakan kata yang sama untuk kedua konsep ini (bandingkan bahasa Inggris "Crystal Palace" - "Crystal Palace" di London dan "Crystal Growth" - jurnal internasional tentang pertumbuhan kristal).
Umat manusia mengenal kristal pada zaman kuno. Hal ini terutama disebabkan oleh kemampuannya untuk memotong sendiri, yang sering diwujudkan di alam, yaitu secara spontan mengambil bentuk polihedra yang luar biasa sempurna. Bahkan orang modern, ketika pertama kali menemukan kristal alami, sering kali tidak percaya bahwa polihedron ini bukanlah hasil karya pengrajin yang terampil. Bentuk kristal telah lama memiliki makna magis, sebagaimana dibuktikan oleh beberapa temuan arkeologis. Penyebutan “kristal” (ternyata kita masih berbicara tentang “kristal”) berulang kali ditemukan dalam Alkitab (lihat, misalnya: Wahyu Yohanes, 21, 11; 32, 1, dst.). Di kalangan ahli matematika, terdapat pendapat yang beralasan bahwa prototipe dari lima polihedra beraturan (padatan Platonis) adalah kristal alami. Banyak polihedra Archimedean (semi-reguler) juga memiliki analogi yang tepat atau sangat mirip dalam dunia kristal. Dan dalam seni terapan zaman kuno, polihedra kristal kadang-kadang digunakan sebagai panutan, dan hal-hal yang jelas-jelas tidak dipertimbangkan oleh ilmu pengetahuan pada masa itu. Misalnya, State Hermitage berisi untaian manik-manik, yang bentuknya secara akurat mereproduksi bentuk karakteristik kristal mineral garnet semi mulia yang indah. Manik-manik ini terbuat dari emas (mungkin karya Timur Tengah abad 1-5 M). Dengan demikian, kristal telah lama memiliki dampak nyata pada bidang utama minat manusia: emosional (agama, seni), ideologis (agama), intelektual (sains, seni).
3.2. Jenis utama kisi kristal
Dalam benda padat, atom dapat tersusun dalam ruang dengan dua cara: 1) Susunan atom secara acak, bila atom-atom tersebut tidak menempati tempat tertentu relatif satu sama lain. Benda seperti itu disebut amorf. 2) Susunan atom yang teratur, ketika atom menempati tempat yang jelas dalam ruang. Zat seperti itu disebut kristal.
Atom berosilasi relatif terhadap posisi rata-ratanya dengan frekuensi sekitar 1013 Hz. Amplitudo osilasi ini sebanding dengan suhu. Berkat susunan atom-atom di ruang angkasa yang teratur, pusat-pusatnya dapat dihubungkan dengan garis lurus imajiner. Himpunan garis-garis yang berpotongan tersebut mewakili kisi spasial, yang disebut kisi kristal.
Orbit elektron terluar atom bersentuhan, sehingga kerapatan pengepakan atom dalam kisi kristal sangat tinggi. Padatan kristal terdiri dari butiran kristal – kristalit. Pada butiran yang berdekatan, kisi kristal diputar relatif satu sama lain pada sudut tertentu. Dalam kristalit, tatanan jangka pendek dan jangka panjang diamati. Ini berarti adanya keteraturan dan kestabilan baik tetangga terdekatnya yang mengelilingi atom tertentu (urutan jarak pendek) maupun atom-atom yang terletak pada jarak yang cukup jauh darinya, hingga batas butir (urutan jarak jauh).
a) b)
Beras. 1.1. Susunan atom dalam zat kristal (a) dan amorf (b).
Karena difusi, atom-atom individu dapat meninggalkan tempatnya di simpul kisi kristal, tetapi tatanan struktur kristal secara keseluruhan tidak terganggu.
Semua logam adalah benda kristal yang memiliki jenis kisi kristal tertentu, terdiri dari ion bermuatan positif dengan mobilitas rendah, di antaranya elektron bebas (yang disebut gas elektron) bergerak. Jenis struktur ini disebut ikatan logam. Jenis kisi ditentukan oleh bentuk benda geometris dasar, pengulangan berulang sepanjang tiga sumbu spasial membentuk kisi benda kristal tertentu.
SEBUAH)B)
C)D)
Beras. 1.2. Jenis utama kisi kristal logam:
A) kubik (1 atom per sel)
B) kubik berpusat tubuh (bcc) (2 atom per sel)
dll.................
Fisika molekuler menjadi mudah!
Kekuatan interaksi molekul
Semua molekul suatu zat berinteraksi satu sama lain melalui gaya tarik-menarik dan tolak-menolak.
Bukti interaksi molekul: fenomena pembasahan, ketahanan terhadap kompresi dan tegangan, rendahnya kompresibilitas padatan dan gas, dll.
Alasan terjadinya interaksi molekul adalah interaksi elektromagnetik partikel bermuatan dalam suatu zat.
Bagaimana menjelaskan hal ini?
Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif dan kulit elektron bermuatan negatif. Muatan inti sama dengan muatan total seluruh elektron, sehingga atom secara keseluruhan netral secara listrik.
Sebuah molekul yang terdiri dari satu atau lebih atom juga netral secara listrik.
Mari kita perhatikan interaksi antar molekul menggunakan contoh dua molekul diam.
Gaya gravitasi dan elektromagnetik dapat terjadi antar benda di alam.
Karena massa molekul sangat kecil, gaya interaksi gravitasi antar molekul yang dapat diabaikan dapat diabaikan.
Pada jarak yang sangat jauh juga tidak terjadi interaksi elektromagnetik antar molekul.
Namun, dengan berkurangnya jarak antar molekul, molekul mulai mengorientasikan dirinya sedemikian rupa sehingga sisi-sisinya yang saling berhadapan akan memiliki muatan dengan tanda yang berbeda (secara umum, molekul tetap netral), dan timbul gaya tarik menarik antar molekul.
Dengan semakin berkurangnya jarak antar molekul, gaya tolak menolak muncul sebagai akibat interaksi kulit elektron bermuatan negatif dari atom-atom molekul.
Akibatnya, molekul tersebut dikenai gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Pada jarak yang jauh, gaya tarik-menarik mendominasi (pada jarak 2-3 diameter molekul, gaya tarik-menarik maksimum), pada jarak pendek gaya tolak-menolak mendominasi.
Terdapat jarak antar molekul dimana gaya tarik menarik sama dengan gaya tolak menolak. Posisi molekul ini disebut posisi kesetimbangan stabil.
Molekul-molekul yang terletak berjauhan satu sama lain dan dihubungkan oleh gaya elektromagnetik memiliki energi potensial.
Dalam posisi kesetimbangan stabil, energi potensial molekul adalah minimal.
Dalam suatu zat, setiap molekul berinteraksi secara bersamaan dengan banyak molekul tetangganya, yang juga mempengaruhi nilai energi potensial minimum molekul tersebut.
Selain itu, semua molekul suatu zat terus bergerak, mis. mempunyai energi kinetik.
Dengan demikian, struktur suatu zat dan sifat-sifatnya (benda padat, cair, dan gas) ditentukan oleh hubungan antara energi potensial minimum interaksi molekul dan cadangan energi kinetik gerak termal molekul.
Struktur dan sifat benda padat, cair dan gas
Struktur benda dijelaskan oleh interaksi partikel benda dan sifat pergerakan termalnya.
Padat
Padatan memiliki bentuk dan volume yang konstan dan praktis tidak dapat dimampatkan.
Energi potensial minimum interaksi molekul lebih besar daripada energi kinetik molekul.
Interaksi partikel yang kuat.
Gerakan termal molekul dalam zat padat hanya dinyatakan dengan getaran partikel (atom, molekul) di sekitar posisi kesetimbangan stabil.
Karena besarnya gaya tarik menarik, molekul praktis tidak dapat mengubah posisinya dalam materi, hal ini menjelaskan kekekalan volume dan bentuk padatan.
Kebanyakan padatan memiliki susunan partikel yang tertata secara spasial yang membentuk kisi kristal teratur. Partikel materi (atom, molekul, ion) terletak di simpul – simpul kisi kristal. Node-node kisi kristal bertepatan dengan posisi keseimbangan stabil partikel.
Padatan seperti itu disebut kristal.
Cairan
Zat cair mempunyai volume tertentu, tetapi tidak mempunyai bentuk sendiri, melainkan mengikuti bentuk wadah di mana ia berada.
Energi potensial minimum interaksi antar molekul sebanding dengan energi kinetik molekul.
Interaksi partikel yang lemah.
Gerak termal molekul-molekul dalam cairan dinyatakan dengan getaran di sekitar posisi kesetimbangan stabil dalam volume yang diberikan kepada molekul oleh tetangganya.
Molekul tidak dapat bergerak bebas di seluruh volume suatu zat, tetapi transisi molekul ke tempat yang berdekatan dimungkinkan. Hal ini menjelaskan fluiditas cairan dan kemampuan untuk mengubah bentuknya.
Dalam cairan, molekul-molekul terikat erat satu sama lain karena gaya tarik-menarik, yang menjelaskan kekekalan volume cairan.
Dalam zat cair, jarak antar molekul kira-kira sama dengan diameter molekul. Ketika jarak antar molekul berkurang (kompresi cairan), gaya tolak menolak meningkat tajam, sehingga cairan tidak dapat dimampatkan.
Berdasarkan struktur dan sifat pergerakan termalnya, zat cair menempati posisi perantara antara zat padat dan gas.
Meskipun perbedaan antara zat cair dan gas jauh lebih besar dibandingkan antara zat cair dan zat padat. Misalnya, selama peleburan atau kristalisasi, volume suatu benda berubah jauh lebih sedikit dibandingkan selama penguapan atau kondensasi.
Gas tidak memiliki volume yang konstan dan menempati seluruh volume wadah tempatnya berada.
Energi potensial minimum interaksi antar molekul lebih kecil dari energi kinetik molekul.
Partikel materi praktis tidak berinteraksi.
Gas dicirikan oleh ketidakteraturan total dalam susunan dan pergerakan molekul.
Materi ini tidak hanya membahas tentang bagaimana partikel tersusun dalam zat padat, tetapi juga bagaimana partikel tersebut bergerak dalam gas atau cairan. Jenis-jenis kisi kristal pada berbagai zat juga akan dijelaskan.
Keadaan agregasi
Ada standar tertentu yang menunjukkan adanya tiga keadaan agregasi yang khas, yaitu: cair dan gas.
Mari kita tentukan komponen untuk setiap keadaan agregasi.
- Padatan praktis stabil dalam volume dan bentuk. Mengubah yang terakhir ini sangat bermasalah tanpa biaya energi tambahan.
- Cairan dapat dengan mudah berubah bentuk, tetapi tetap mempertahankan volumenya.
- Zat gas tidak mempertahankan bentuk maupun volume.
Kriteria utama yang menentukan keadaan agregasi adalah susunan molekul dan metode pergerakannya. Dalam zat gas, jarak minimum antar molekul jauh lebih besar daripada jarak minimum antar molekul. Pada gilirannya, molekul tidak menyebar dalam jarak jauh dalam kondisi normal dan mempertahankan volumenya. Partikel aktif dalam padatan tersusun dalam urutan yang ditentukan secara ketat, masing-masing, seperti pendulum jam, bergerak mengelilingi titik tertentu dalam kisi kristal. Hal ini memberikan kekuatan dan kekakuan khusus pada benda padat.
Oleh karena itu, dalam hal ini, pertanyaan yang paling mendesak adalah bagaimana letak partikel aktif dalam padatan. Dalam semua kasus lain, atom (molekul) tidak memiliki struktur yang teratur.
Fitur cairan
Perhatian khusus harus diberikan pada fakta bahwa cairan adalah semacam penghubung antara keadaan padat suatu benda dan fase gasnya. Jadi, ketika suhu diturunkan, cairan membeku, dan ketika suhu meningkat di atas titik didih zat, ia berubah menjadi gas. Namun, cairan memiliki ciri-ciri yang sama dengan zat padat dan gas. Jadi, pada tahun 1860, ilmuwan dalam negeri terkemuka D.I.Mendeleev menetapkan keberadaan apa yang disebut suhu kritis - titik didih absolut. Ini adalah nilai yang menghilangkan batas tipis antara gas dan zat dalam wujud padat.
Kriteria berikutnya, yang menggabungkan dua keadaan agregasi yang bertetangga, adalah isotropi. Selain itu, propertinya sama ke segala arah. Kristal, pada gilirannya, bersifat anisotropik. Seperti gas, cairan tidak memiliki bentuk tetap dan menempati seluruh volume wadah tempatnya berada. Artinya, mereka memiliki viskositas rendah dan fluiditas tinggi. Saling bertabrakan, mikropartikel cairan atau gas bergerak bebas. Sebelumnya, diyakini bahwa dalam volume yang ditempati cairan, tidak ada pergerakan molekul yang teratur. Jadi, cairan dan gas bertentangan dengan kristal. Namun dari hasil penelitian selanjutnya, persamaan benda padat dan benda cair terbukti.
Dalam fase cair pada suhu mendekati pemadatan, gerakan termal menyerupai gerakan termal pada padatan. Dalam hal ini, cairan tersebut mungkin masih memiliki struktur tertentu. Oleh karena itu, ketika menjawab pertanyaan tentang bagaimana partikel-partikel berada dalam zat padat dalam cairan dan gas, kita dapat mengatakan bahwa dalam cairan dan gas pergerakan molekul bersifat kacau dan tidak teratur. Namun dalam padatan, molekul dalam banyak kasus menempati posisi tertentu dan tetap.
Dalam hal ini, cairan adalah semacam penghubung perantara. Selain itu, semakin dekat suhunya dengan titik didih, semakin banyak molekul yang bergerak seolah-olah berada dalam gas. Jika suhu mendekati transisi ke fase padat, maka mikropartikel mulai bergerak lebih teratur.
Perubahan wujud zat
Mari kita lihat contoh paling sederhana tentang perubahan wujud air. Es adalah fase padat air. Suhunya di bawah nol. Pada suhu nol, es mulai mencair dan berubah menjadi air. Hal ini dijelaskan oleh penghancuran kisi kristal: ketika dipanaskan, partikel mulai bergerak. Suhu di mana suatu zat mengubah keadaan agregasinya disebut titik leleh (dalam kasus kita, untuk air adalah 0). Perhatikan bahwa suhu es akan tetap pada tingkat yang sama sampai es benar-benar mencair. Dalam hal ini, atom atau molekul zat cair akan bergerak dengan cara yang sama seperti pada zat padat.
Setelah ini, kami akan terus memanaskan air. Pada saat yang sama, partikel-partikel mulai bergerak lebih intensif hingga zat kita mencapai titik perubahan keadaan agregasi berikutnya - titik didih. Momen ini terjadi ketika ikatan antar molekul pembentuknya terputus akibat percepatan gerak - kemudian memperoleh sifat bebas, dan zat cair tersebut berpindah ke fasa gas. Proses perubahan suatu zat (air) dari fasa cair menjadi fasa gas disebut mendidih.
Suhu saat air mendidih disebut titik didih. Dalam kasus kami, nilainya adalah 100 derajat Celcius (suhu bergantung pada tekanan, tekanan normal adalah satu atmosfer). Catatan: sampai cairan yang ada berubah sepenuhnya menjadi uap, suhunya tetap konstan.
Proses kebalikan dari peralihan air dari wujud gas (uap) ke cair, yang disebut kondensasi, juga dimungkinkan.
Selanjutnya, Anda dapat mengamati proses pembekuan - proses peralihan dari cairan (air) menjadi bentuk padat (keadaan awal dijelaskan di atas - ini adalah es). Proses yang dijelaskan sebelumnya memberikan jawaban langsung terhadap bagaimana partikel tersusun dalam zat padat, cair, dan gas. Lokasi dan keadaan molekul suatu zat bergantung pada keadaan agregasinya.
Apa itu benda padat? Bagaimana perilaku mikropartikel di dalamnya?
Benda padat adalah keadaan lingkungan material, ciri khasnya adalah kelestarian bentuk konstan dan sifat konstan dari pergerakan termal mikropartikel yang melakukan getaran kecil. Benda bisa berwujud padat, cair, dan gas. Ada juga keadaan keempat, yang cenderung diklasifikasikan oleh para ilmuwan modern sebagai agregat - inilah yang disebut plasma.
Jadi, dalam kasus pertama, zat apa pun, pada umumnya, memiliki bentuk yang konstan dan tidak berubah, dan pengaruh utamanya adalah bagaimana partikel-partikel tersebut tersusun dalam padatan. Pada tingkat mikroskopis, jelas bahwa atom-atom penyusun suatu zat padat dihubungkan satu sama lain melalui ikatan kimia dan terletak pada simpul-simpul kisi kristal.
Tetapi ada pengecualian - zat amorf, yang berada dalam keadaan padat, tetapi tidak dapat membanggakan keberadaan kisi kristal. Dari sinilah kita dapat memberikan jawaban tentang bagaimana partikel-partikel tersusun dalam zat padat. Dalam kasus pertama, fisika menunjukkan bahwa atom atau molekul terletak di lokasi kisi. Namun dalam kasus kedua, tentu saja tidak ada keteraturan seperti itu, dan zat semacam itu lebih mirip cairan.
Fisika dan kemungkinan struktur benda padat
Dalam hal ini, zat cenderung mempertahankan volume dan tentu saja bentuknya. Artinya, untuk mengubah yang terakhir, upaya harus dilakukan, tidak peduli apakah itu benda logam, sepotong plastik, atau tanah liat. Alasannya terletak pada struktur molekulnya. Atau lebih tepatnya, pada interaksi molekul-molekul penyusun tubuh. Dalam hal ini letaknya paling dekat. Susunan molekul ini bersifat berulang. Oleh karena itu, kekuatan tarik-menarik antar masing-masing komponen tersebut sangat kuat.
Interaksi mikropartikel menjelaskan sifat pergerakannya. Sangat sulit untuk mengatur bentuk atau volume benda padat dalam satu arah atau lainnya. Partikel benda padat tidak dapat bergerak secara kacau di seluruh volume benda padat, tetapi hanya dapat berosilasi di sekitar titik tertentu dalam ruang. Molekul-molekul benda padat berosilasi secara kacau ke arah yang berbeda, tetapi mereka bertabrakan dengan molekul yang serupa, yang mengembalikannya ke keadaan semula. Itulah sebabnya partikel-partikel dalam padatan biasanya tersusun dalam urutan yang ditentukan secara ketat.
Partikel dan susunannya dalam zat padat
Padatan dapat terdiri dari tiga jenis: kristal, amorf, dan komposit. Komposisi kimia inilah yang mempengaruhi susunan partikel dalam padatan.
Padatan kristal memiliki struktur yang teratur. Molekul atau atomnya membentuk kisi spasial kristalin dengan bentuk biasa. Jadi, benda padat dalam keadaan kristal memiliki kisi kristal tertentu, yang pada gilirannya menentukan sifat fisik tertentu. Inilah jawaban bagaimana partikel tersusun dalam benda padat.
Mari kita beri contoh: bertahun-tahun yang lalu di St. Petersburg, stok kancing timah putih mengkilat disimpan di gudang, yang ketika suhu turun, kehilangan kilaunya dan berubah dari putih menjadi abu-abu. Kancingnya hancur menjadi bubuk abu-abu. “Wabah timah” adalah nama yang diberikan untuk “penyakit” ini, namun sebenarnya penyakit ini adalah restrukturisasi struktur kristal di bawah pengaruh suhu rendah. Timah, ketika berpindah dari varietas putih ke varietas abu-abu, hancur menjadi bubuk. Kristal, pada gilirannya, dibagi menjadi mono dan polikristal.
Kristal tunggal dan polikristal
Kristal tunggal (garam meja) adalah kristal tunggal homogen yang diwakili oleh kisi kristal kontinu berbentuk poligon beraturan. Polikristal (pasir, gula, logam, batu) adalah benda kristal yang tumbuh bersama dari kristal kecil yang letaknya kacau. Sebuah fenomena yang disebut anisotropi diamati pada kristal.
Amorf: kasus khusus
Benda amorf (resin, rosin, kaca, amber) tidak memiliki susunan partikel yang jelas dan ketat. Ini adalah kasus yang tidak biasa mengenai urutan partikel yang ditemukan dalam benda padat. Dalam hal ini diamati fenomena isotropi, sifat fisik benda amorf adalah sama ke segala arah. Pada suhu tinggi menjadi seperti cairan kental, dan pada suhu rendah menjadi seperti padatan. Ketika terkena pengaruh eksternal, mereka secara bersamaan menunjukkan sifat elastis, yaitu, ketika terkena benturan, mereka terpecah menjadi partikel mini, seperti padatan, dan fluiditas: dengan paparan suhu yang berkepanjangan, mereka mulai mengalir seperti cairan. Mereka tidak memiliki suhu leleh dan kristalisasi yang spesifik. Saat dipanaskan, benda amorf melunak.
Contoh zat amorf
Mari kita ambil contoh gula biasa dan cari tahu susunan partikel dalam padatan dalam berbagai kasus dengan menggunakan contohnya. Dalam hal ini, bahan yang sama dapat terjadi dalam bentuk kristal atau amorf. Jika gula cair mengeras perlahan, molekulnya membentuk barisan genap - kristal (gula bongkahan, atau gula pasir). Jika gula cair, misalnya, dituangkan ke dalam air dingin, pendinginan akan terjadi dengan sangat cepat, dan partikel-partikel tidak akan punya waktu untuk membentuk barisan yang benar - lelehan akan mengeras tanpa membentuk kristal. Beginilah cara Anda mendapatkan permen gula (ini adalah gula non-kristal).
Namun setelah beberapa waktu, zat tersebut dapat mengkristal kembali, partikel-partikelnya berkumpul dalam barisan yang teratur. Jika permen gula didiamkan selama beberapa bulan, permen tersebut akan mulai tertutup lapisan lepas. Ini adalah bagaimana kristal muncul di permukaan. Untuk gula, umurnya bisa beberapa bulan, dan untuk batu, umurnya jutaan tahun. Karbon adalah contoh unik. Grafit adalah karbon kristal, strukturnya berlapis. Dan berlian adalah mineral paling keras di bumi, mampu memotong kaca dan menggergaji batu; digunakan untuk pengeboran dan pemolesan. Dalam hal ini, hanya ada satu zat - karbon, namun kekhasannya terletak pada kemampuan untuk membentuk bentuk kristal yang berbeda. Ini adalah jawaban lain tentang bagaimana partikel tersusun dalam benda padat.
Hasil. Kesimpulan
Struktur dan susunan partikel dalam padatan bergantung pada jenis zat yang bersangkutan. Jika zatnya berbentuk kristal, maka susunan mikropartikelnya akan teratur. Struktur amorf tidak memiliki ciri ini. Tapi komposit bisa termasuk dalam kelompok pertama dan kedua.
Dalam satu kasus, cairan berperilaku mirip dengan padatan (pada suhu rendah, yang mendekati suhu kristalisasi), tetapi juga dapat berperilaku seperti gas (seiring bertambahnya suhu). Oleh karena itu, dalam ulasan ini, kami memeriksa bagaimana partikel-partikel tersebut berada tidak hanya dalam padatan, tetapi juga dalam keadaan agregat dasar materi lainnya.
Dalam gas, jarak antara molekul dan atom biasanya jauh lebih besar daripada ukuran molekul, namun sangat kecil. Oleh karena itu, gas tidak memiliki bentuk dan volume yang tetap. Gas mudah terkompresi karena gaya tolak menolak pada jarak yang jauh juga kecil. Gas memiliki sifat mengembang tanpa batas waktu, mengisi seluruh volume yang diberikan padanya. Molekul gas bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, saling bertabrakan, dan saling memantul ke arah yang berbeda. Banyak dampak molekul pada dinding bejana tekanan gas.
Pergerakan molekul dalam cairan
Dalam cairan, molekul tidak hanya berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan, tetapi juga melompat dari satu posisi kesetimbangan ke posisi kesetimbangan berikutnya. Lompatan ini terjadi secara berkala. Selang waktu antara lompatan tersebut disebut waktu rata-rata kehidupan menetap(atau waktu relaksasi rata-rata) dan dilambangkan dengan huruf τ. Dengan kata lain, waktu relaksasi adalah waktu osilasi di sekitar satu posisi keseimbangan tertentu. Pada suhu kamar kali ini rata-rata 10 -11 detik. Waktu satu kali osilasi adalah 10 -12...10 -13 s.
Waktu hidup menetap berkurang seiring dengan meningkatnya suhu. Jarak antar molekul suatu zat cair lebih kecil dari ukuran molekulnya, letak partikelnya berdekatan, dan besar. Namun, susunan molekul cairan tidak tertata secara ketat di seluruh volume.
Cairan, seperti halnya padatan, mempertahankan volumenya, tetapi tidak memiliki bentuknya sendiri. Oleh karena itu, mereka mengambil bentuk wadah tempat mereka berada. Cairan mempunyai sifat sebagai berikut: ketidakstabilan. Berkat sifat ini, cairan tidak tahan terhadap perubahan bentuk, sedikit terkompresi, dan sifat fisiknya sama ke segala arah di dalam cairan (isotropi cairan). Sifat gerak molekul dalam zat cair pertama kali ditetapkan oleh fisikawan Soviet Yakov Ilyich Frenkel (1894 – 1952).
Pergerakan molekul dalam padatan
Molekul dan atom suatu zat padat tersusun dalam urutan dan bentuk tertentu kisi kristal. Padatan seperti itu disebut kristal. Atom melakukan gerakan vibrasi di sekitar posisi setimbang, dan gaya tarik menarik di antara keduanya sangat kuat. Oleh karena itu, benda padat dalam kondisi normal mempertahankan volumenya dan memiliki bentuknya sendiri.
Cairan menempati posisi perantara dalam sifat dan struktur antara gas dan zat kristal padat. Oleh karena itu, ia memiliki sifat-sifat zat gas dan padat. Dalam teori kinetika molekuler, keadaan agregasi suatu zat yang berbeda dikaitkan dengan derajat keteraturan molekul yang berbeda. Untuk benda padat, yang disebut pesanan jangka panjang dalam susunan partikel, mis. pengaturannya yang teratur, berulang dalam jarak yang jauh. Dalam cairan ada yang disebut tutup pesanan dalam susunan partikel, mis. susunannya yang teratur, berulang dalam jarak tertentu, sebanding dengan susunan antar atom. Pada suhu yang mendekati suhu kristalisasi, struktur cairan mendekati padatan. Pada suhu tinggi mendekati titik didih, struktur cairan berhubungan dengan keadaan gas - hampir semua molekul berpartisipasi dalam gerakan termal yang kacau.
Cairan, seperti halnya padatan, mempunyai volume tertentu, dan seperti gas, ia mengikuti bentuk wadah di mana ia berada. Molekul gas praktis tidak terhubung satu sama lain oleh gaya interaksi antarmolekul, dan dalam hal ini energi rata-rata gerak termal molekul gas jauh lebih besar daripada energi potensial rata-rata yang disebabkan oleh gaya tarik menarik di antara mereka, sehingga gas molekul terbang terpisah ke arah yang berbeda dan gas menempati volume yang disediakan untuknya. Dalam zat padat dan cair, gaya tarik-menarik antar molekul sudah cukup besar dan menjaga jarak molekul satu sama lain. Dalam hal ini energi rata-rata gerak termal molekul lebih kecil dari energi potensial rata-rata akibat gaya interaksi antarmolekul, dan tidak cukup untuk mengatasi gaya tarik menarik antar molekul, sehingga zat padat dan zat cair mempunyai volume tertentu.
Tekanan dalam zat cair meningkat sangat tajam seiring dengan meningkatnya suhu dan penurunan volume. Muai volumetrik zat cair jauh lebih kecil dibandingkan dengan uap dan gas, karena gaya yang menghubungkan molekul-molekul dalam zat cair lebih besar; pernyataan yang sama berlaku untuk ekspansi termal.
Kapasitas panas zat cair biasanya meningkat seiring dengan kenaikan suhu (walaupun hanya sedikit). Rasio Ср/СV praktis sama dengan satu.
Teori tentang zat cair belum sepenuhnya dikembangkan. Perkembangan sejumlah masalah dalam studi sifat kompleks zat cair adalah milik Ya.I. Frenkel (1894–1952). Dia menjelaskan gerakan termal dalam cairan dengan fakta bahwa setiap molekul berosilasi selama beberapa waktu di sekitar posisi kesetimbangan tertentu, setelah itu tiba-tiba berpindah ke posisi baru, terpisah dari aslinya pada jarak orde interatomik. Jadi, molekul-molekul cairan bergerak agak lambat di seluruh massa cairan. Ketika suhu cairan meningkat, frekuensi gerak getaran meningkat tajam dan mobilitas molekul meningkat.
Berdasarkan model Frenkel, beberapa hal dapat dijelaskan fitur khas sifat-sifat cairan. Jadi, zat cair, bahkan mendekati suhu kritis, memiliki kandungan yang jauh lebih besar viskositas daripada gas, dan viskositasnya menurun seiring dengan meningkatnya suhu (dan tidak meningkat, seperti pada gas). Hal ini dijelaskan oleh perbedaan sifat proses perpindahan momentum: proses ini ditransmisikan oleh molekul yang melakukan lompatan dari satu keadaan setimbang ke keadaan setimbang lainnya, dan lompatan ini menjadi jauh lebih sering seiring dengan meningkatnya suhu. Difusi dalam cairan hanya terjadi karena lompatan molekul, dan terjadi jauh lebih lambat dibandingkan dalam gas. Konduktivitas termal zat cair disebabkan oleh pertukaran energi kinetik antar partikel yang berosilasi di sekitar posisi setimbangnya dengan amplitudo yang berbeda; lompatan molekul yang tiba-tiba tidak memainkan peran yang nyata. Mekanisme konduktivitas termal mirip dengan mekanisme gas. Ciri khas zat cair adalah kemampuannya untuk memiliki permukaan bebas(tidak dibatasi oleh tembok kokoh).