20-1 Molekulárna hypotéza

20-1 Molekulárna hypotéza

Skúmaním fyzikálnych vlastností látok vyskytujúcich sa v prírode zisťujeme veľmi rozmanité vlastnosti. Niektoré látky sú za normálnych podmienok pevné, a začnú sa topiť, či odparovať sa len pri veľmi vysokých teplotách. Iné látky, pre zmenu, sú plynné a skvapalnia sa, či stuhnú len pri teplotách v blízkosti absolútnej nuly. Jedna kvapalina tečie ochotne, druhá je zase veľmi viskózna. Jedny látky, ako napríklad kovy, veľmi dobre vedú elektrický prúd aj teplo, iné zase sú dielektriká – izolanty. Niektoré látky sú pre viditeľné svetlo úplne priehľadné, iné zase sú úplne nepriehľadné; niektoré majú veľký index lomu, iné zase malý …

Tieto rozmanité vlastnosti látok dávame do súvislosti s ich vnútornou štruktúrou, a pokúšame sa odlišnosti vysvetliť kvalitatívne ale aj kvantitatívne vlastnosťami štrukturálnych častí a vzájomnými pôsobeniami medzi nimi. Predpokladáme, že aj látky, ktoré sú na pohľad úplne homogénne – ako vzduch, voda, či kus kovu – sú v skutočnosti súborom veľmi malých častí, ktoré nazývame molekuly. Nejaká veľmi čistá látka sa skladá z tých istých (identických) molekúl, a odlišnosti fyzikálnych vlastností dvoch čistých látok sú dané odlišnosťou molekúl, z ktorých sa skladajú. Tak, ako existuje veľmi veľa rôznych látok – a ich počet je skutočne nesmierne veľký – rovnako tak existuje veľmi veľa druhov molekúl. Máme molekuly kyslíka, horčicového plynu, vody, alkoholu, glycerínu, železa, azbestu, želatíny, inzulínu, tuku, ….

Molekuly, vytvárajúce látky, držia v látke pohromade intermolekulárne sily (sily pôsobiace medzi molekulami), a tieto sily závisia od charakteru molekúl. Molekulárne sily zabraňujú vnútornému tepelnému pohybu, ktoré sa snažia molekulami vytvorené štruktúry rozložiť. Ak intermolekulárne sily sú dostatočne veľké, molekuly držia pohromade v látke tak silno, ako maltou zlepené tehly murovanej steny (obr. 20.1a), a látka zostáva pevná aj pri vyšších teplotách. Ak sily pôsobiace medzi molekulami sú porovnateľné so silami tepelného pohybu, intermolekulárne sily už nie sú schopné molekuly udržať na mieste, a viac-menej sa voľne posúvajú medzi sebou, ako čerstvé zrnká kaviáru (obr. 20.1b). Takéto látky si uchovajú svoj objem ale ich tvar sa prispôsobí nádobe, v ktorej sú. Viskozita kvapaliny závisí od toho, že ako ľahko sa kĺžu molekuly medzi sebou, a ochota kvapaliny tiecť rastie so zvyšujúcou sa teplotou kvapaliny – rastie tepelný pohyb molekúl kvapaliny. Ak sú intermolekulárne sily veľmi malé, molekuly sa rozlietnu úplne voľne do všetkých smerov, a rovnako ako v prípade múch, ktoré by lietali kade všade, aj molekuly plynov môžeme udržať len v uzavretej sklenenej nádobe (obr. 20.1c).

Obr. 2.4: Tri skupenstvá látky.

To je dôvodom, prečo je možné plyny tak ľahko stlačiť, kompresibilitu plynov, nakoľko stlačením znížime len priestor, v ktorom sa molekuly plynu môžu voľne pohybovať. O veľkosti voľného priestoru medzi molekulami plynu získame určitú predstavu, ak porovnáme hustotu plynu s hustotou po jeho skvapalnení, keď molekuly plynu sa dostanú už tesne k sebe. Napríklad, hustota vzduchu za normálnych podmienok je 0,0012 g/cm3, kým skvapalnený vzduch má hustotu 0,92 g/cm3, v skvapalnenom stave má teda 800-krát väčšiu hustotu. Nakoľko v kvapalnom stave je vzdialenosť medzi stredmi molekúl približne rovná priemeru molekuly, vzdialenosť medzi molekulami v plynnom stave je 8003 = 9,3-krát väčšia, než priemer molekuly. Tieto pomery sú verne zobrazené na obr. 20.2.