2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 16:07 
Аватара пользователя


20/02/13
26
Как известно, вещество меняет своё агрегатное состояние в зависимости от температуры и давления. Изменение происходит скачкообразно, в конкретных значениях температуры и давления. В учебниках подробно описаны эти состояния, но почти ничего не сказано о механизме изменения агрегатного состояния, лишь вскользь упоминая, что изменяется взаимная ориентация атомов в молекулах. Меня интересует - какова первопричина изменения ориентации атомов? Что именно заставляет атом менять своё положение в молекуле? На какие частицы (а в атоме только протоны, нейтроны и электроны) и каким образом действуют внешняя температура (фотоны) или давление (другие частицы)?

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 17:03 


02/05/14
35
Москва
http://www.youtube.com/watch?v=L2rPKlz5nwk - есть прекрасные учебные видео советский времен

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 17:34 
Заслуженный участник


28/12/12
7740
kap100 в сообщении #1017237 писал(а):
В учебниках подробно описаны эти состояния, но почти ничего не сказано о механизме изменения агрегатного состояния, лишь вскользь упоминая, что изменяется взаимная ориентация атомов в молекулах.

Перестановка атомов в молекулах - это химические превращения с характерными энергиями в единицы электронвольт. При фазовых переходах характерные энергии примерно на порядок ниже, поэтому внутри молекул ничего не меняется, меняется взаимное расположение молекул (а в случае испарения - конденсации заметно меняется среднее расстояние).

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 18:10 
Аватара пользователя


20/02/13
26
AlexeyAl в сообщении #1017270 писал(а):
http://www.youtube.com/watch?v=L2rPKlz5nwk - есть прекрасные учебные видео советский времен


Из фильма - «...При нагревании твёрдого тела, размах колебаний молекул в кристаллах увеличивается. Растёт кинетическая энергия молекул, растёт и внутренняя энергия кристалла. Разрушается кристаллическая решётка, тело плавится...»

- Это понятно и без фильма, в котором говорится о МОЛЕКУЛЯРНОМ взаимодействии. А меня интересует АТОМАРНОЕ взаимодействие внешней энергии (фотонов) с... вот тут и непонятно, с чем именно взаимодействует фотон? С нейтроном или протоном (вряд ли)? С электроном? Каким образом? Поглощаются ли фотоны электронами, повышая энергетический уровень электронов, и как это приводит к изменению агрегатного состояния вещества? Как изменяются орбитали и химическая связь при нагреве и плавлении вещества?

DimaM в сообщении #1017294 писал(а):
Перестановка атомов в молекулах - это химические превращения с характерными энергиями в единицы электронвольт. При фазовых переходах характерные энергии примерно на порядок ниже, поэтому внутри молекул ничего не меняется, меняется взаимное расположение молекул (а в случае испарения - конденсации заметно меняется среднее расстояние).


Если «внутри молекул ничего не меняется» тогда на какие именно части молекул действует фотон?

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 18:15 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
kap100 в сообщении #1017329 писал(а):
А меня интересует АТОМАРНОЕ взаимодействие внешней энергии (фотонов) с... вот тут и непонятно, с чем именно взаимодействует фотон?
Возникает встречный вопрос: откуда, собственно, у Вас появились фотоны?

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 18:23 
Аватара пользователя


20/02/13
26
Pphantom в сообщении #1017339 писал(а):
kap100 в сообщении #1017329 писал(а):
А меня интересует АТОМАРНОЕ взаимодействие внешней энергии (фотонов) с... вот тут и непонятно, с чем именно взаимодействует фотон?
Возникает встречный вопрос: откуда, собственно, у Вас появились фотоны?

А тепловая энергия, поднимающая температуру тела, разве не фотоны?

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 18:33 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
kap100 в сообщении #1017237 писал(а):
На какие частицы (а в атоме только протоны, нейтроны и электроны) и каким образом действуют внешняя температура (фотоны) или давление (другие частицы)?
Температура — это не только фотоны, а давление — не только другие частицы. Фотоны тоже оказывают давление, а температура характеризует распределение частиц (молекул или фотонов, не важно) по скоростям.

kap100 в сообщении #1017346 писал(а):
А тепловая энергия, поднимающая температуру тела, разве не фотоны?
Во-первых, тепловая энергия ничего не поднимает. Это просто вид энергии. Во-вторых, нагреть тело можно и излучением, и контактом с частицами другого тела — и они передадут свои импульсы и энергию непосредственно. (Ну, как непосредственно — через электромагнитное взаимодействие, конечно.)

-- Вт май 19, 2015 20:34:28 --

Короче, налицо пробелы в самой базовой МКТ, а вы спрашиваете про фазовые переходы. :roll:

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 18:42 


02/05/10
49
kap100 в сообщении #1017346 писал(а):
А тепловая энергия, поднимающая температуру тела, разве не фотоны?
Определённо нет. В твёрдых телах при нормальных температурах за теплоёмкость отвечают в основном фононы. Названия похожи, но на этом сходства заканчиваются.

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 18:48 
Заслуженный участник


09/05/12
25179
kap100 в сообщении #1017346 писал(а):
А тепловая энергия, поднимающая температуру тела, разве не фотоны?
Нет. Соответственно, все Ваши последующие вопросы несколько неудачны.

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 19:07 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
kap100 в сообщении #1017237 писал(а):
В учебниках подробно описаны эти состояния, но почти ничего не сказано о механизме изменения агрегатного состояния, лишь вскользь упоминая, что изменяется взаимная ориентация атомов в молекулах.

А это, вообще говоря, ещё не решённый вопрос физики. По некоторым моделям и расчётам получается различие между агрегатными состояниями, но например, не всегда в виде резкой ступеньки.

Кроме того, даже вдали от переходов, физика более-менее хорошо понимает только два агрегатных состояния: твёрдое кристаллическое (но не аморфное, типа стёкол), и газообразное. Жидкости и аморфные твёрдые тела - пока остаются нерешённой проблемой. А уж фазовые переходы - тем более очень сложная задача. Физика ещё умеет справиться с фазовыми переходами 2 рода (и то не всегда, если я не путаю), а тут фазовые переходы 1 рода. К тому же, есть такие увлекательные явления, как критическая точка, коалесценция...

kap100 в сообщении #1017237 писал(а):
Что именно заставляет атом менять своё положение в молекуле? На какие частицы (а в атоме только протоны, нейтроны и электроны) и каким образом действуют внешняя температура (фотоны) или давление (другие частицы)?

Лучше не думать на этом уровне про атом, как про протоны, нейтроны и электроны. На простейшем уровне - атом здесь просто как шарик. Шарики могут слипаться друг с другом химическими связями, они могут заряжаться в ионы, и тогда взаимодействовать электрическими силами. На более сложном уровне - атом есть квантовая система, и подчиняется квантовой механике (подробности - совсем не школьного уровня). При этом, в центре шарика находится ядро (слитное, из протонов и нейтронов), оно образует вокруг себя электрическое поле, а "тело шарика" образуют электроны, летающие вокруг ядра по законам квантовой механики, так что они "расплываются-размазываются" в объёмные электронные облака - орбитали. Кроме пространственной картины, здесь очень важна картина энергетических уровней. Такая схема позволяет понять химические связи, притяжение (вдали) и отталкивание (вблизи) несвязанных атомов. На таком уровне, у атома нет твёрдой поверхности, и до какой-то степени они могут проникать друг в друга, или чувствовать присутствие издалека - но не очень издалека, а только на расстояниях порядка одного диаметра атома.

Вот к таким "шарикам" и прикладывается внешнее давление (другими атомами) и температура (энергия движения и толкания других атомов; фотоны здесь участвуют очень редко, например, в фотоэффекте и в фотохимических реакциях).

-- 19.05.2015 19:21:11 --

kap100 в сообщении #1017329 писал(а):
Это понятно и без фильма, в котором говорится о МОЛЕКУЛЯРНОМ взаимодействии. А меня интересует АТОМАРНОЕ взаимодействие

Агрегатные состояния образуются взаимодействиями между молекулами. Если речь о взаимодействии между атомами (внутри молекул), то это химические превращения: разложение, синтез и т. п. Они тоже бывают, в жидкой и газообразной фазах, но к агрегатному состоянию не относятся. Если же речь о взаимодействии между атомами не внутри молекулы, то надо вспомнить, что бывают одноатомные молекулы (как у благородных газов), и называть это взаимодействое опять межмолекулярным (или опять химическими реакциями, если в результате молекулы объединяются, обмениваются атомами и т. п.).

И наконец, бывает взаимодействие и ещё более глубокого уровня: когда от атомов отрываются отдельные электроны, и начинают летать сами по себе. Это происходит при очень высоких температурах (тысячи градусов). При этом, образуется плазма, которую иногда называют "четвёртое состояние вещества". Но переход от газа к плазме - отнюдь не резкий и чёткий, а очень постепенный, по мере того, как возрастает степень ионизации плазмы.

kap100 в сообщении #1017329 писал(а):
вот тут и непонятно, с чем именно взаимодействует фотон? С нейтроном или протоном (вряд ли)? С электроном? Каким образом?

Фотон взаимодействует с системой, состоящей из ядра и электронов. Это взаимодействие проходит по законам квантовой механики, и не может быть разложено на взаимодействия по отдельности с разными частицами.

kap100 в сообщении #1017346 писал(а):
А тепловая энергия, поднимающая температуру тела, разве не фотоны?

Нет, обычно это энергия движения молекул. В жидкостях и твёрдых телах - не только движения, но и притяжения-отталкивания. Молекулы как будто имеют "пружинки" между собой, и эти "пружинки" то растягиваются, то сжимаются, как в пружинном маятнике, а энергия постоянно переходит из потенциальной в кинетическую и обратно.

no_name в сообщении #1017366 писал(а):
В твёрдых телах при нормальных температурах за теплоёмкость отвечают в основном фононы.

Поясню для ТС: "фононы" - это другое название для "колебаний пружинок".

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение19.05.2015, 22:01 
Аватара пользователя


20/02/13
26
Munin в сообщении #1017397 писал(а):
А это, вообще говоря, ещё не решённый вопрос физики.

Честно говоря, имею собственную теорию по данному вопросу. Хотелось узнать, как физики (химики) понимают данную ситуацию.

Munin в сообщении #1017397 писал(а):
Агрегатные состояния образуются взаимодействиями между молекулами.

Munin в сообщении #1017397 писал(а):
Фотон взаимодействует с системой, состоящей из ядра и электронов. Это взаимодействие проходит по законам квантовой механики, и не может быть разложено на взаимодействия по отдельности с разными частицами.


Тут согласен но не полностью. Насколько известно по существующей модели - мир состоит всего из четырёх стабильных частиц: трёх частиц материи - верхний кварк, нижний кварк, электрон. И одной частицы, представляющей весь спектр излучений - фотон. Так вот, фотон сначала должен привнести в материю энергию, которую надо куда-то прилепить. То-ли к кваркам, составляющим протоны и нейтроны, то-ли к электрону. И только потом, изменившийся атом изменит молекулу, которая и изменит агрегатное состояние вещества. Конечно, существуют квантовые флуктуации, не зависящие от фотонов, но мы говорим о внесении (или отборе) тепловой энергии в тело извне, в результате чего оно меняет своё агрегатное состояние.
kap100 в сообщении #1017346 писал(а):
А тепловая энергия, поднимающая температуру тела, разве не фотоны?

Munin в сообщении #1017397 писал(а):
Нет, обычно это энергия движения молекул. В жидкостях и твёрдых телах - не только движения, но и притяжения-отталкивания. Молекулы как будто имеют "пружинки" между собой, и эти "пружинки" то растягиваются, то сжимаются, как в пружинном маятнике, а энергия постоянно переходит из потенциальной в кинетическую и обратно.

Откуда молекулы берут энергию для своего движения? Будет ли движение молекул при абсолютном нуле? Я думаю, что при 0К в атомах должны остаться только Кулоновские силы, в результате чего любое вещество должно распасться на атомы. Но ту возникает другой вопрос - что считать абсолютным нулём? Методов измерения температуры, оказывается, много (сам недавно узнал). И некоторые экспериментаторы уже рапортуют о достижении отрицательных температур по Кельвину (???).

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение20.05.2015, 00:19 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
Честно говоря, имею собственную теорию по данному вопросу.

Боюсь, до теорий вам ещё копать и копать.

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
Насколько известно по существующей модели - мир состоит всего из четырёх стабильных частиц: трёх частиц материи - верхний кварк, нижний кварк, электрон. И одной частицы, представляющей весь спектр излучений - фотон.

Ну, это вам неправильно известно...

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
Так вот, фотон сначала должен привнести в материю энергию, которую надо куда-то прилепить. То-ли к кваркам, составляющим протоны и нейтроны, то-ли к электрону. И только потом, изменившийся атом изменит молекулу, которая и изменит агрегатное состояние вещества.

У вас полное непонимание квантовой физики, и того вообще, что я вам говорил.

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
Конечно, существуют квантовые флуктуации, не зависящие от фотонов

Нет. Не существуют. Нечего выдумывать всякие несуществующие сущности. Существуют квантовые системы и их уровни. Атом - это такая система (когда он является молекулой; иначе - молекула это такая система). А отдельные кварки тут ни при чём.

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
но мы говорим о внесении (или отборе) тепловой энергии в тело извне

Нет, вы говорите о фотонах. А фотоны - это не тепловая энергия. А тепловая энергия - это не фотоны.

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
Откуда молекулы берут энергию для своего движения?

Она у них всегда есть. И не тратится.

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
Будет ли движение молекул при абсолютном нуле? Я думаю, что при 0К в атомах должны остаться только Кулоновские силы, в результате чего любое вещество должно распасться на атомы.

Прежде чем "думать", надо хотя бы школьный учебник почитать.

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
Но ту возникает другой вопрос - что считать абсолютным нулём?

Это не вопрос. Это строгое определение в термодинамике.

kap100 в сообщении #1017489 писал(а):
И некоторые экспериментаторы уже рапортуют о достижении отрицательных температур по Кельвину (???).

Отрицательные температуры - это не ниже абсолютного нуля.

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение20.05.2015, 01:08 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


01/09/13
4318
Munin в сообщении #1017589 писал(а):
Отрицательные температуры - это не ниже абсолютного нуля.

http://elementy.ru/news/432156

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение20.05.2015, 01:34 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Geen
Я не только это читал, я даже Киттеля $x$0 лет назад читал (и вам советую).

 Профиль  
                  
 
 Re: Причина изменения агрегатного состояния вещества
Сообщение20.05.2015, 10:51 


09/04/15

42
Ув. Munin,а как современная физика смотрит на механизм образования кристаллов из жидкости при переходе в твердое состояние,напримет при кристаллизации металла при охлаждении расплава.Какие силы заставляют атомы металла выстраиваться в строго определенном порядке в кристалле?

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 17 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group