Глава 1. Атомы в движении

§2. Вещество состоит из атомов

Все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому

Радиус атомов примерно равен 1 или 2 на 10^(-8)
10^(-8) это ангстрем
Так что радиус атома это 1 или 2 ангстрема

Движение частиц в теле мы воспринимаем как теплоту. Чем выше температура, тем сильнее движение

При нагреве воды суета среди частиц усиливается, промежутки между ними растут, и наступает миг когда притяжения между молекулами уже не хватает чтобы удержать их вместе, вот тогда они улетучиваются - так получается водяной пар

Молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода угол между которыми равен - 105 градусов и 3 минуты

А промежуток между центрами атомов кислорода и водорода равен 0,957 ангстрем

Молекулы пара ударяются о стенки сосудов. Если не придерживать стенки то под этими ударами они разойдутся. Эту дробь ударов наши грубые органы чувств воспринимают как постоянный напор
Если представить цилиндр с поршнем внутри которого находится пар, то удары молекул пара о поршень вытолнут его (если не приложить к поршню давление)

Сила - это давление умноженное на площадь

Если увеличить площадь поршня сохранив кол-во молекул в каждом кубическом сантиметре, то число ударов молекул возрастет во столько же раз во сколько расширилась площадь
Следовательно - сила пропорциональна площади поршня

Если удвоить число молекул (увеличить плотность), но скорость оставить прежними (температура) - тогда удвоится число ударов
Следовательно - давление пропорционально плотности

Если повысить температуру газа не меняя плотности то атомы начнут двигаться быстрее и удары их о поршень будут чаще и сильнее - давление вырастет
Следовательно - давление пропорционально тепрературе

Если чуть придавить поршень, то атом ударившийся о него полетит обратно с большей скоростью (то есть движением поршня мы увеличиваем движение атомов). Скорость это теплота, поэтому при толчке поршня атомы станут горячее
Следовательно - при медленном сжатии газа его температура растет, а при расширении - падает

Когда температура понизится, движение молекул снизится и под силой притяжения молекулы "склеятся" - получится лед
В этом веществе у каждого атома есть свое место. Расстановка атомов на одном конце капли, будет соответствовать расстановке атомов на другом конце. И если потянуть ледяной кристал за один конец, то за ним противясь разрыву потянется и другой - в отличие от воды в которой эта правильная расстановка разрушена интенсивными движениями атомов
В твердых телах атомы расставлены в особом порядке, называемом кристаллической структурой, и даже когда они находятся далеко друг от друга, ничего случайного в их размещении не наблюдается

У льда шестигранная кристаллическая структура (каждый атом кислорода связан с ближайшими атомами водорода)
https://www.chemtube3d.com/ss-ice/
https://sketchfab.com/3d-models/structure-of-ice-a805aa2269ca46fdb75720f84d500753

Из-за этого все снежинки - шестигранны

Большинство простых веществ при плавлении расширяется, потому что в твердых кристаллах атомы упакованы плотнее, а после плавления им понадобится место чтобы двигаться
А сквозные структуры наподобие льда, разрушаясь, становятся компактнее

У атомов льда есть запас тепла (энергии). Атомы льда хоть и находятся в жесткой кристаллической структуре, все равно колеблются, просто на одном месте. С увеличением температуры размах этих колебаний увеличивается, пока атом не тронется с места. Это называется плавлением. Наоборот при падении температуры эти колебания затихают, пока при абсолютном нуле не станут наименьшими из возможных (полной остановки все равно не наступит)

Есть исключение - гелий. Он не замерзает дажи при абсолютном нуле. Но повысив давление можно добиться замерзания гелия

§3. Атомные процессы

Представим поверхность воды в сосуде с воздухом над ней
Этот воздух содержит водяной пар который всегда возникает над поверхностью воды (пар и вода находятся в равновесии)
Молекулы воды постоянно движутся. Время от времени какая-нибудь из молекул близ поверхности получает толчок сильнее остальных и выскакивает вверх. Так молекула за молекулой вода испаряется
Если закрыть сосуд, то среди молекул воздуха окажется множество молекул воды. Некоторые из которых снова попадают в воду

Если раскрыть сосуд и сдуть влажный воздух, то на смену ему придет сухой, число молекул покидающих воду не изменится, но число молекул возвращающихся сильно снизится - вода начнет испаряться

Если молекула вылетела из воды значит она случайно вобрала в себя излишек энергии который ей помог разорвать связь с другими молекулами. Так энергия вылетающих молекух превосходит среднюю энергию молекул в воде, поэтому энергия остающихся молекул ниже той что была до испарения. Вода от испарения постепенно остывает

Соль - твердое тело, кристалл в котором атомы соли расставлены правильными рядами
Строго говоря кристалл соли состоит из ионов хлора и натрия (ионы это атомы с излишком или нехваткой электронов)
Ионы соли скреплены друг с другом электрическим притяжением, но в воде некоторые из них, притянувшись к положительному водороду или отрицательному кислороду, начинают свободно двигаться

Процесс растворения динамический, подобно испарению - часть атомов уходит из кристалла, часть присоединяется
Все зависит от того много или мало соли в воде, в какую сторону нарушено равновесие
Под равновесным понимается состояние, когда кол-во уходящих равно кол-ву приходящих

Если повысить температуру раствора то возрастет и число растворяемых атомов и число осаждаемых. В общем случае сложно предсказать в какую сторону сдвинется процесс

§4. Химические реакции

В описанных ранее процессах атомы не меняли напарников. Процесс в котором атомные партнеры меняются местами называется химической реакцией

Когда уголь (графит, алмаз) горит в кислороде атомы молекулы кислорода подхватывают по атому углерода и улетают в новом сочетании - углерод-кислород (O2 + C2 → CO2)
Такие молекулы образуют угарный газ
Углерод притягивает к себе кислород сильнее чем кислород притягивает кислород или углерод притягивает углерод. Поэтому для реакции кислород может иметь и маленькую энергию, но схватываясь с углеродом высвобождает энергию поглощаемую другими атомами
Образуется большое кол-во энергии движения, это - горение
Теплота проявляется в виде движения молекул нагретого газа, иногда ее может быть так много что появляется свет. Так получается пламя

Молекула CO может присоединить к себе еще один атом кислорода: кислород-углерод столкнется с другой молекулой кислород-углерод, атом кислорода присоединится к CO и получится CO2 - углекислый газ

Любое вещество это свой тип расположения атомов

Непрерывное метание мельчайших частичек в воде это итог бомбардировки их атомами - броуновское движение