เกรด 7 · โครงสร้างของสสาร
อันตรกิริยาระหว่างอนุภาคและสถานะของสาร
แรงดึงดูด แรงผลัก และความแตกต่างระหว่างของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
อ่านเนื้อหาทฤษฎีของบทเรียนทั้งหมดได้ที่นี่โดยไม่ต้องมีบัญชี ในบทเรียนแบบโต้ตอบ เนื้อหาเดียวกันจะแบ่งเป็นการ์ด ตามด้วยคำถามพร้อมคำอธิบายหลังตอบและโจทย์ฝึก ระบบจะบันทึกความก้าวหน้าของคุณ
ค่อย ๆ ทำความเข้าใจทีละขั้น
น้ำกับน้ำแข็งประกอบด้วยโมเลกุลของสารชนิดเดียวกัน เหตุใดน้ำจึงไหลแผ่ออก แต่น้ำแข็งคงรูป? การรู้เพียงว่า “อนุภาคเคลื่อนที่” ยังไม่พอ เราต้องรู้ว่าอนุภาคยึดกันอย่างไร และเปลี่ยนอนุภาคข้างเคียงได้หรือไม่
เหตุใดวัตถุจึงไม่แตกกระจายเอง
เหตุใดชอล์กจึงไม่แตกกระจายเอง และไม่ยุบเหลือเพียงจุด? อันตรกิริยาระหว่างอนุภาคอธิบายได้ทั้งสองด้าน เมื่ออยู่ใกล้กัน แรงดึงดูดช่วยยึดอนุภาคไว้ แต่เมื่อเข้าใกล้เกินไป แรงผลักจะเพิ่มอย่างรวดเร็ว หากตัดแรงดึงดูดออก ก็อธิบายได้ยากว่าวัตถุอยู่รวมกันอย่างไร หากตัดการต้านการเข้าใกล้ออก ก็อธิบายการอัดตัวได้น้อยได้ยาก สารจริงต้องพิจารณาทั้งสองผล
สถานะของแข็ง
วัตถุโลหะที่ร้อนขึ้นยังคงรูปได้ แม้การเคลื่อนที่เนื่องจากความร้อนเพิ่มขึ้น แสดงว่าการเคลื่อนที่ของอนุภาคไม่จำเป็นต้องเป็นการเคลื่อนอย่างอิสระทั่วทั้งวัตถุ ในของแข็ง อนุภาคส่วนใหญ่สั่นรอบตำแหน่งที่เสถียรและเปลี่ยนเพื่อนบ้านได้ยาก เมื่อถูกรบกวนเล็กน้อย วัตถุจึงคงรูปร่างกับปริมาตร แบบจำลองนี้ใช้อธิบายสภาวะทั่วไป หากแรงกระทำมากพอ วัตถุก็เปลี่ยนรูปได้ชัดเจน
ของแข็งไม่จำเป็นต้องเป็นผลึก
ของแข็งคงรูปได้เพราะอนุภาคต้องเรียงเป็นแถวเสมอหรือ? ไม่เสมอไป ผลึกมีแบบการเรียงตัวซ้ำในอวกาศต่อเนื่องไปไกลเมื่อเทียบกับระยะระหว่างอนุภาค ของแข็งอสัณฐาน เช่น แก้ว ไม่มีระเบียบระยะไกลเช่นนั้น แต่ทั้งผลึกและแก้วยังคงรูปได้ ลักษณะภายนอกว่า “เป็นของแข็ง” จึงยังบอกโครงสร้างภายในทั้งหมดไม่ได้
เหตุใดของเหลวจึงไหล
เทน้ำจากแก้วแคบลงในชามกว้าง จำนวนอนุภาคเท่าเดิมแต่รูปร่างเปลี่ยน อนุภาคของเหลวอยู่ใกล้กัน จึงลดปริมาตรลงมากได้ยาก แต่อนุภาคเคลื่อนย้ายและเปลี่ยนเพื่อนบ้านได้ ของเหลวจึงไหล ของเหลวปริมาณเดิมมีปริมาตรเกือบคงที่ และมีรูปร่างตามส่วนของภาชนะที่มันอยู่ ต้องเน้นว่าเฉพาะส่วนที่มันอยู่: น้ำเล็กน้อยไม่ขยายเต็มขวดปิดขนาดใหญ่เหมือนแก๊ส
เหตุใดแก๊สจึงเต็มภาชนะ
เปิดผนังกั้นระหว่างส่วนที่มีอากาศกับส่วนว่างข้างกัน อนุภาคแก๊สที่เคลื่อนเข้าหาผนังเดิมจะผ่านต่อไปได้ และแก๊สจะกระจายทั่วปริมาตรที่เข้าถึงได้ ในแก๊สที่เจือจางพอ ช่องว่างใหญ่กว่าขนาดอนุภาคมาก อนุภาคเคลื่อนที่ได้อิสระระหว่างการชน แก๊สจึงไม่มีรูปร่างหรือปริมาตรคงที่ของตัวเอง นี่เป็นแบบจำลองแก๊สเจือจาง เมื่ออัดมาก ๆ จะละเลยอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคได้ยากขึ้น
ปริมาตรและหน่วย
จะเปรียบเทียบน้ำก่อนและหลังเทอย่างไร ถ้าระดับน้ำเปลี่ยน? ต้องวัดเนื้อที่ในสามมิติที่น้ำครอบครอง ไม่ใช่เพียงความสูง ปริมาณนี้เรียกว่า ปริมาตร V หน่วย SI คือลูกบาศก์เมตร м³ เมื่อเทน้ำโดยไม่สูญเสีย ปริมาตรเกือบคงเดิมแม้ระดับในภาชนะกว้างจะต่ำกว่า ส่วนแก๊สที่มีจำนวนอนุภาคเท่าเดิมจะครอบครองปริมาตรที่เข้าถึงได้มากขึ้นในภาชนะใหญ่ขึ้น ดังนั้นปริมาตรที่เปลี่ยนไม่จำเป็นต้องเกิดจากการเติมสาร
เกิดอะไรขึ้นเมื่ออัด
ปิดปลายกระบอกฉีดยาแล้วกดลูกสูบ ถ้าข้างในเป็นอากาศ ลูกสูบเลื่อนเข้าได้ชัดเจน เพราะช่องว่างใหญ่ระหว่างอนุภาคลดลง ไม่ต้องบีบอนุภาคเองเหมือนฟองน้ำ ถ้าเป็นน้ำ ลูกสูบแทบไม่เลื่อน เพราะอนุภาคอยู่ใกล้กันแล้ว และแรงผลักต้านการเข้าใกล้มากขึ้น แบบจำลองเดียวจึงอธิบายการอัดตัวที่ต่างกันได้ โจทย์ระดับโรงเรียนมักถือว่าของเหลวกับของแข็งอัดตัวไม่ได้ แต่ปริมาตรจริงยังเปลี่ยนเล็กน้อย
กระบอกฉีดยาที่ปิดปลาย
เหตุใดลูกสูบของกระบอกฉีดยาที่มีอากาศจึงเลื่อนได้ชัดเจน แต่ถ้ามีน้ำกลับแทบไม่เลื่อน?
ลองดูตัวอย่าง · 1
ในอากาศ ลดระยะระหว่างอนุภาคลงได้มากโดยไม่ต้องบีบตัวอนุภาค
ลองดูตัวอย่าง · 2
อนุภาคในน้ำอยู่ใกล้กันแล้ว การเข้าใกล้มากกว่านี้พบแรงต้านมาก
เรามาตรวจสอบผลลัพธ์กันดีกว่า
อากาศอัดตัวได้มากกว่าน้ำมาก
ใจความสำคัญ · 1
รูปร่างและการอัดตัวขึ้นกับการเคลื่อนที่ อันตรกิริยา และความสามารถในการเปลี่ยนเพื่อนบ้านของอนุภาค
ใจความสำคัญ · 2
อนุภาคของเหลวอยู่ใกล้กันและจัดเรียงใหม่ได้ ส่วนในแก๊สเจือจาง อนุภาคกระจายทั่วบริเวณที่เข้าถึงได้
ใจความสำคัญ · 3
การคงรูปไม่ได้แปลว่าอนุภาคหยุดนิ่ง หรือต้องมีโครงสร้างผลึกเสมอ
เราจะไปที่ไหนต่อไป?
ต่อไปเราจะเปลี่ยนจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคเป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุทั้งชิ้น และเลือกสิ่งที่ใช้อ้างอิงการเคลื่อนที่
แนวคิดพื้นฐาน
อันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล
เมื่ออยู่ใกล้กัน อนุภาคของสารมีทั้งแรงดึงดูดและการต้านการเข้าใกล้มากเกินไป
แรงดึงดูดยึดส่วนต่าง ๆ ของวัตถุไว้ด้วยกัน ส่วนแรงผลักที่เพิ่มอย่างรวดเร็วต้านการอัดของแข็งให้ปริมาตรเป็นศูนย์
สถานะของแข็ง
สถานะที่อนุภาคสั่นรอบตำแหน่งเสถียร และวัตถุคงรูปร่างกับปริมาตร
ผลึกต้านการเปลี่ยนรูป เพราะอนุภาคยึดกันและมีระเบียบมากกว่าในของเหลว
ของเหลวและแก๊ส
ของเหลวคงปริมาตรแต่มีรูปร่างตามภาชนะ ส่วนแก๊สไม่มีทั้งรูปร่างและปริมาตรคงที่ของตัวเอง
อนุภาคของเหลวยังอยู่ใกล้กันแต่เปลี่ยนเพื่อนบ้านได้ ส่วนอนุภาคแก๊สอยู่ห่างกันและเคลื่อนกระจายทั่วภาชนะที่เข้าถึงได้
ปริมาณทางฟิสิกส์
ปริมาตรของสาร
Vเนื้อที่ในสามมิติที่สารปริมาณหนึ่งครอบครอง
หน่วย: ลูกบาศก์เมตร · \mathrm{м}^3
โจทย์ในหัวข้อนี้
โจทย์ ตัวเลือกคำตอบ และวิธีทำ