Представяне на твърди вещества, течности и газове с частичкови модели

Това, което сме изобразили тук в тези четири изображения, е материя в различни агрегатни състояния. Това са модели на системи, съдържащи частици. И това са двумерни модели на системи, съдържащи частици, които са опростен начин да изобразим какво се случва на молекулярен мащаб вътре в материята. Представи си, че всяко кръгче, според това, с което работим, е или йон, или молекула, или атом. Тези модели показват как тези молекули или йони, или атоми взаимодействат едни с други, което определя какво е агрегатното състояние на веществото. Спри видеото и помисли в кой от тези квадранти е представено вещество в твърдо състояние, кой представя вещество в течно състояние и кой представя вещество в газообразно състояние. Някои от тези примери са донякъде очевидни. Ако си представиш, че всяко кръгче е йон, можеш да си представиш това като йонно твърдо вещество, каквито сме виждали. Това е вид кристална решетка. Ако си представиш, че всяко от тези кръгчета е атом, който образува ковалентни връзки със съседни атоми, можеш да си представиш, че това е твърдо вещество с решетка с ковалентни връзки. Представи си всяко кръгче като молекула. Поради междумолекулните сили тези молекули са се подредили по този правилен начин спрямо другите молекули. Така че можеш да си представиш, че това е молекулярно твърдо вещество. Можеш също да си представиш всички тези кръгчета като метални атоми, които споделят "супата" от валентни електрони. Тогава това е метално твърдо вещество. Но без значение коя аналогия използваш или как си представяш това, доста е ясно, че това е твърдо вещество. Една от основните подсказки е, че то не приема формата на съда. Тези молекули, тези частици не могат изцяло да се плъзнат една по друга и да приемат формата на съда, в който се намират, както може да се случи в една течност. Тези частици очевидно не могат да преодолеят силите на привличане между тях, а след това да се пръснат и да се движат безразборно, както наблюдаваме в един газ, където се носят из целия съд. Така че това явно е твърдо вещество. В модела долу вляво изглежда сякаш частиците приемат формата на съда. Те могат да се плъзнат една по друга, но все още има междумолекулни сили тук, които не им позволяват да се разлетят. Така че това очевидно е течност. А това в долния десен квадрант – е, можеш да си представиш какво става. Тези частици, без значение дали са молекули, или йони, в по-голямата си част са успели да преодолеят междумолекулните сили между тях. И те си подскачат наоколо, напълно заемат формата на съда, в който се намират. Така че това е газ. Ами това тук горе вдясно? То изглежда като твърдо вещество по това, че не приема формата на съда си. Но подредбата е неправилна, по начина, по който може да очакваш една течност да е, поне в един момент от времето. И понеже не заема формата на съда, а молекулите, по-точно частиците, въпреки че са неправилно подредени, не се плъзгат една покрай друга, както ще очакваш при течност, то това също е твърдо вещество, което наричаме аморфно твърдо вещество. То няма добре подредена кристална структура, както сме виждали при кристалните твърди вещества. Има много примери за аморфни твърди вещества. Повечето твърди вещества, които познаваш в живота си, които са разтегливи, които имат еластичност, са аморфни твърди вещества. Например, ако имаш естествена гума, можеш да я издърпаш и, когато я разтегнеш, може да изглежда ето така. Но после, когато я пуснеш, тя ще се върне до началното си състояние или може би близо до началното си състояние. Причината да прави това е, че естествената гума е изградена от полимери. За да си представим какво е полимер – това пример за молекулярна структура на реална естествена гума. Това е верига въглеродни атоми, които са свързани с водородни атоми. И, ако си го представиш, ако увеличиш това, представи си тези вериги, тези много дълги вериги въглеродни атоми с водородни атоми, в естествената гума те се "заплитат" едни с други и образуват това аморфно твърдо вещество. Това не изглежда точно като моделите с частици, които току-що видяхме, а повече като група нишки, които са оплетени. Ако ги издърпаш, те могат да се разтеглят, но когато пуснеш, те се връщат близо до мястото, където са били преди. Гумата не е единственият полимер. Например пластмасите, които виждаш навсякъде, също са полимери. Някои са предимно аморфни, други са предимно кристални. Много от тях са това, което бихме нарекли полукристални. Което означава, че имат и аморфни, и кристални области.