Глава VIII. ЖИДКОСТИ

§ 75. ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ И СТРУКТУРА ЖИДКОСТЕЙ

Между газообразным и жидкйм состояниями нет принципиального различия, так как от газа к жидкости возможен непрерывный переход. Тем не менее жидкость нельзя рассматривать просто как сильно сжатый газ: количественное различие в их плотностях столь велико, что свойства жидкостей во многих отношениях значительно

отличаются от свойств газов. Это относится прежде всего к различию теплового движения молекул жидкости и газа.

В жидкостях среднее расстояние между молекулами того же порядка, что и их размеры; поэтому перемещение частиц в объеме жидкости крайне затруднено. Детальная картина теплового движения молекул в жидких средах была впервые дана Я. Н. Френкелем. Согласно Френкелю, молекула жидкости в течение некоторого времени колеблется около определенного положения равновесия, затем под воздействием окружающих частиц она скачком меняет место равновесия, перемещаясь на расстояние порядка размера молекулы. Таким образом, молекулы жидкости как бы делятся на две группы — одна из них газоподобна и совершает беспорядочные перемещения (кочующие молекулы), другая находится в колебательном движении (оседлые молекулы). Между кочующими и оседлыми молекулами существует динамическое равновесие. При увеличении температуры возрастает доля кочующих молекул. По Френкелю, среднее время оседлой жизни молекул связано с периодом их колебаний соотношением

где энергия активации частиц: энергия, которую нужно сообщить оседлой частице для ее перехода через потенциальный барьер в соседнее положение равновесия. Следует отметить, что подобное тепловое движение свойственно не только жидкостям, но и газам, подвергнутым сильному сжатию при сверхкритических температурах.

Несмотря на наличие оседлых молекул, в плотных газах и жидкостях со временем все частицы участвуют в неупорядоченном тепловом движении, вследствие чего в этих средах возникает термическое

Рис. 7.1.

давление, которое по своей природе тождественно давлению идеального газа.

Газообразное, жидкое и твердое (кристаллическое) состояния вещества различаются степенью упорядоченности пространственного расположения частиц. Схематически расположение однородных молекул в газе а, жидкости и кристалле в показано на рисунке 8.1. В газах частицы расположены совершенно неупорядоченно. В твердом теле частицы плотно упакованы и образуют кристаллические решетки, для которых характерна полная упорядоченность (дальний порядок). Жидкости обладают частично упорядоченной структурой (ближний порядок). Так, около молекул и 2 жидкой среды на рисунке 8.1, б выделены две «сферы» с некоторой пространственной упорядоченностью расположения молекул, отличной от строгой упорядоченности в кристалле. Число ближайших соседей у фиксированных молекул будет примерно таким же, как и у частиц твердого тела; однако на далеких расстояниях от них расположение молекул жидкости будет неупорядоченным. При этом если в твердом теле кристаллическая решетка сохраняется со временем, то в жидкости структура ближнего порядка непрерывно меняется вследствие малости времени оседлой жизни молекул