Причина изменения агрегатного состояния вещества

kap100 · 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)?

AlexeyAl · 02/05/14 35 Москва

http://www.youtube.com/watch?v=L2rPKlz5nwk - есть прекрасные учебные видео советский времен

DimaM · 28/12/12 7946

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).

kap100 · 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?

Pphantom · 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?

kap100 · 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?

arseniiv · 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:

no_name · 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.

Pphantom · 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.

Munin · 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".

kap100 · 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 (???).

Munin · 30/01/06 72407