Warning: session_start() [function.session-start]: Cannot send session cookie - headers already sent by (output started at /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php:6) in /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php on line 7

Warning: session_start() [function.session-start]: Cannot send session cache limiter - headers already sent (output started at /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php:6) in /var/www/nelvin/data/www/ebooktime.net/index.php on line 7
1.5. Міжмолекулярні сили й різні стани речовини : Матеріалознавство та основи технології переробки природної сировини у непродовольчі товари. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів : Бібліотека для студентів

1.5. Міжмолекулярні сили й різні стани речовини


Повернутися на початок книги
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 

магниевый скраб beletage

Природа й інтенсивність сил взаємодії між частками (атомами, молекулами чи іонами), що складають речовину, обумовлюють іс-нування її у твердому, рідкому чи газоподібному стані. Кожен стан характеризується визначеним ступенем упорядкованості структури речовини.

У газоподібному стані частки речовини практично не зв’язані одна з одною. Вони знаходяться одна від одної на відстанях, що зна-чно перевищують розміри самих часток, а тому слабко взаємодіють: міжатомні й міжмолекулярні сили значно зменшуються зі зростан-ням відстані між частками. Так, при зростанні відстані в 2 рази ці

сили зменшуються в 26 – 27 разів. Сили теплового руху в газі значно більше сил притягання. Тому частки в газоподібному стані, розміще-ні в просторі не упорядковано. Стискальність газу велика, а щільність мала й значно зміняються при зміні температури.

У конденсованих станах речовини (твердому й рідкому) частки розташовуються на близьких відстанях, порівнянних з розмірами самих часток, взаємодія між ними зростає, що й обумовлює підвищення ступеня упорядкованості їхньої структури.

У рідинах сили притягання порівнянні із силами теплового руху молекул, а у твердих тілах – перевершують їх.

Молекули речовини в рідкому стані можуть коливатися, обер-татися і переміщатися відносно один одного. Вони мають здатність дифундувати в інші середовища. У рідинах на відміну від твердих тіл існує лише ближній порядок у розташуванні молекул.

Частки твердих тіл завдяки сильній взаємодії утворять правиль-ну упорядковану структуру, що відповідає мінімуму вільної енергії, а отже, і більш стійкій рівновазі. Ступінь досконалості цієї структури більший в низькомолекулярних речовинах і менший у високомоле-кулярних. У твердому тілі частки вже не можуть переміщатися, вони можуть лише коливатися з обмеженою амплітудою щодо деякого се-реднього положення й у певному ступені повертатися навколо оди-нарних зв’язків. Стискальність твердих тіл незначна, а щільність – висока й мало змінюється при зміні температури.

Перехід речовини з одного агрегатного стану в інший зв’язаний зі зміною її структури. В міру зниження температури (при постійному тиску) речовина з газоподібного стану, що характеризується відсут-ністю зв’язку між частками і, природно, якої-небудь структури, переходить спочатку в рідкий стан, що не має строго фіксованої струк-тури, а потім у твердий стан із правильною фіксованою структурою кристалічної речовини. Більшість твердих тіл, зокрема мінерали й метали, має кристалічну структуру. Однак перехід з рідкого стану у твердий може відбуватися й без упорядкування структури. У цьому випадку тверде (заскловане) тіло за структурою наближається до рі-дини, тобто є аморфним.

У термодинамічному відношенні аморфний стан не є стійким: у природних умовах спостерігається мимовільний перехід твердої ре-човини з аморфного стану в кристалічний. Тому аморфні речовини зустрічаються рідше. До них належать, зокрема. силікатне скло, ряд смол (природних і штучних).

Кристалічний – найбільш стійкий стан речовини, у цьому стані частки покладені (упаковані) найбільш щільно. Перехід з аморфного стану в кристалічний завжди супроводжується підвищенням густини речовини.

Різке розходження в ступені упорядкованості структури аморф-них і кристалічних речовин обумовлює й розходження в їхніх власти-востях. В аморфному стані тверді тіла характеризуються ізотропією (незалежністю від напрямку) багатьох властивостей, а також відсут-ністю чітко вираженої точки плавлення.

Закономірна повторюваність у розташуванні часток речовини (атомів, іонів чи молекул) у просторі, названий кристалічними решіт-ками, обумовлює геометрично правильну форму й анізотропію ряду властивостей (механічних, оптичних, електричних тощо) індивіду-альних кристалів (монокристалів). Однак кристалічні тіла в біль-шості випадків є полікристалами, що представляють собою сукуп-ність безлічі по-різному орієнтованих дрібних кристаликів не зовсім правильної форми, тому що їхньому росту перешкоджають сусідні кристали. Тому макроскопічні зразки таких полікристалічних тіл як ціле представляються ізотропними за деякими фізичними властивос-тями.

У цьому випадку кристалічний стан речовини (тіла) легко під-твердити шляхом визначення температури плавлення. Кристалічні тіла на відміну від аморфних мають строго визначену температуру плавлення.

У полікристалічному тілі (особливо в металах і сплавах) окремі дрібні кристали (зерна) можна спостерігати під мікроскопом на від-полірованій і підданій травленню кислотою поверхні металу. Розміри зерен у металах і сплавах звичайно складають 103 – 105 см.

Монокристали мають форму багатогранників, що володіють ви-значеною симетрією, й за ступенем симетрії розділяються на класи і кристалічні системи (чи сингонії). Розрізняють кубічну (правильну), тетрагональну (призма, піраміда), гексагональну (шестикутну) й інші кристалічні системи, що характеризуються співвідношенням довжин ребер плоских граней і величиною кутів між гранями. У найбільш простій кристалічній системі – кубічної – довжина ребер (осей) од-накова, а кут між осями (ребрами) складає 90°.

Вплив складу й хімічної будівлі вихідних речовин на формування споживчих властивостей товарів характеризується рядом важливих загальних закономірностей.

Особливо великий вплив функціональних (реакційно-здатних) груп молекул ряду вихідних речовин. Функціональні групи (гідро-ксильна – ВІН, карбоксильна – СООН, карбонільна = З, аміно = = NH 2, амідна – NH – З -, сульфідна – S -, ненасичені вуглецеві зв’язки й ін.) входять до складу молекул найрізноманітніших складних хіміч-них сполук, але кожна з цих груп обумовлює визначений комплекс загальних властивостей виробів.

Загальною закономірністю змісту великого числа гідроксильних груп у молекулах целюлози й білкових речовин, а в останніх, крім того, карбоксильних, аміно- й амідних (пептідних) групах, є високе водовбирання целюлозних і білкових волокон. Усі зазначені групи мають велику подібність до молекул води завдяки можливості утво-рення водневих зв’язків. У поліамідах міститься лише відносно не-велике число гідрофільних груп (амідних), тому поліамідні волокна поглинають значно менше вологи.

Реакційноздатні групи обумовлюють і здатність волокон офарб-люватися завдяки хімічній взаємодії функціональних груп волокон і барвників. Наявність цих же функціональних груп обумовлює також розходження в інтенсивності й характері електризації матеріалу при терті.

Завдяки гігроскопічності білкові й целюлозні волокна завжди містять деяку кількість вологи й мають деяку електропровідність, тому що виникаючі при терті заряди статичної електрики стікають з них, а заряди, що залишилися, позитивні. Унаслідок менших водо-вбиранні й електропровідності поліамідні волокна електризуються сильніше. Ще більше електризуються синтетичні матеріали, що не поглинають вологу, на них накопичуються великі заряди статичної електрики, причому негативні. Частки забруднень, наприклад сажа, несуть позитивний заряд, тому значна забрудненість більшості синте-тичних матеріалів зумовлюється притяганням цих часток негативно зарядженими поверхнями багатьох синтетичних матеріалів. Загаль-ною закономірністю впливу на властивості речовин володіє й функ-ціональна група – S – S -. Наявність цього дисульфідного зв’язку, що скріплює поліпептидні ланцюги білкової речовини вовни – кератину, пояснює її вологостійкість і менше вологовбирання порівняно з іншими білковими речовинами. Однак ці зв’язки в лужному серед-овищі руйнуються, тому вовна характеризується слабкою стійкістю до дії лугів.

Таким чином, знання хімічного складу й будови вихідних мате-ріалів і особливо наявності активних (функціональних) груп у них дозволяє передбачати характер можливих змін властивостей виробів при збереженні чи експлуатації. Часто немає особливої необхідності запам’ятовувати складні й великі хімічні формули ряду вихідних ре-човин, особливо полімерів. Досить знати, які реакційноздатні (функ-ціональні) групи входять до складу їхніх молекул, щоб зрозуміти, якими властивостями володіє певний матеріал, виріб. Існує законо-мірний зв’язок між вмістом функціональних груп і багатьма фізични-ми властивостями речовин. Тому функціональні групи можна знайти якісно, а багато які з них оцінити кількісно за допомогою інструмен-тальних фізичних і фізико-хімічних методів.