Главная > Физика > Введение в молекулярную физику и термодинамику
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

е. Жидкая фаза.

Уравнение ван дер Ваальса является уравнением состояния не только газовой, но и жидкой фазы. Рассмотрим жидкость, находящуюся под давлением собственных паров при температуре много меньшей, чем ее критическая температура. Давлением паров можно почти всегда пренебречь по сравнению с давлением притяжения Для например, давление паров при комнатной температуре равно 0,012 мм рт. ст., в то время как давление притяжения в жидкости имеет величину порядка 1000—10 000 атм. Тогда уравнение ван дер Ваальса приобретает вид

Таким образом, давление притяжения уравновешивается «термическим давлением» Номере того как жидкость расширяется при нагревании, термическое давление падает, пока оно снова не придет в равновесие с давлением притяжения которое падает менее быстро. Этим объясняется, по крайней мере в принципе, расширение жидкостей при повышении температуры. Когда температура приближается к критической, плотность жидкости становится все меньше; при критической температуре плотность настолько мала, что такое же самое состояние может быть получено сжатием газовой фазы при этой температуре. В этом случае газ непрерывно переходит в жидкую фазу, и при температурах выше критической переход из газовой фазы в жидкую уже не

поддается наблюдению. Это непрерывное взаимное превращение газов и жидкостей, а также возможность описания обеих этих фаз с одной точки зрения и с помощью одного уравнения состояния были также впервые установлены ван дер Ваальсом.

Ранее мы уже рассмотрели те изменения в жидкости, которые имеют место при повышении температуры, причем показали, что выше критической температуры жидкость ведет себя как сжатый газ. Теперь мы будем понижать температуру: при определенной температуре жидкость переходит в твердую фазу, В § 9 мы покажем, что молекулы в твердом теле образуют правильную решетку, причем они совершают малые колебания около своих положений равновесия. Твердое состояние полностью определяется взаимным притяжением молекул, которое удерживает молекулы в узлах упорядоченной решетки. Тепловое движение оказывает теперь лишь малое возмущающее влияние. Однако при температуре плавления амплитуды колебаний молекул около их положений равновесия становятся столь большими, что твердое состояние делается нестабильным и тело плавится.

Хотя в жидкости тепловое движение настолько интенсивно, что упорядоченное состояние, характерное для твердой фазы, полностью исчезает, энергия притяжения остается господствующим фактором, как и в случае твердого гела. Исоледования при помощи рентгеновских лучей показали, что даже выше температуры плавления в жидкости сохраняется некоторый порядок во взаимном расположении молекул, однако при дальнейшем повышении температуры этот порядок постепенно исчезает.

Мы видим, таким образом, что при низких температурах свойства жидкости приближаются к свойствам твердого тела, тогда как при повышении температуры жидкость делается все более и более подобной газу и может даже непрерывно перейти в газовую фазу. Переход же в твердую фазу происходит всегда скачком; все попытки осуществить непрерывный переход из жидкой фазы в твердую при очень высоких давлениях оказались безуспешными; до сих пор не обнаружено

случая существования критической точки перехода из жидкой фазы в твердую. Правда, имеется ряд жидкостей, вроде сургуча и различных стекйл, которые при понижении температуры становятся все более и более вязкими и постепенно переходят в аморфную твердую фазу; однако в большинстве случаев это твердое состояние является нестабильным.

Последовательность образования разных фаз в процессе понижения температуры (газ — жидкость — твердое тело) в ряде случаев имеет более сложный характер, чем описано выше Примером являются жидкости, которые состоят из длинных молекул, в частности -азоксианизол. Ниже определенной температуры, при которой эти жидкости еще не затвердевают, они обнаруживают свойства кристаллов (двойное лучепреломление и т. д.), обусловленные взаимной ориентацией молекул. Итак, мы можем сказать, что эти жидкости отвердевают с точки зрения ориентации их молекул, и лишь при более низких температурах они отвердевают также и с точки зрения пространственного расположения молекул.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление