От порядкового номера элемента.

При переходе от твёрдого состояния вещества к газообразному взаимодействие между частицами ослабевает.

химическая реакция). Эти свойства газов обусловлены тем, что молекулы в них находятся далеко друг от друга. Доля свободного объёма, т. е. пространства, не занятого самими молекулами, в газах при нормальных условиях (атмосферном давлении и температуре 0 °С) составляет более 99%. В этом объёме молекулы газов хаотически движутся с большой скоростью, постоянно сталкиваясь друг с другом. Собственно, само слово «газ» происходит от греческого «хаос»; этот термин ввёл в XVII в. нидерландский естествоиспытатель Ян Баптист ван Гельмонт (1579—1644).

При небольших давлениях межмолекулярными взаимодействиями в газах можно пренебречь, т. с. разные газы ведут себя практически одинаково (если говорить о физических, а не химических свойствах). Такое состояние газа называется идеальным и описывается уравнением, связывающим его давление р, объём V, число молей n и температуру Т: pV = nRT, где R — универсальная газовая постоянная (R = 8,31 Дж/(моль•К)=0,082 (л•атм)/(моль • К)).

Особенно сильно межмолекулярные взаимодействия проявляются при высоких давлениях и низких температурах, когда молекулы газа находятся близко друг к другу. В этом случае для описания свойств реального газа необходимо учитывать собственный объём молекул, а также силы притяжения между ними (см. статью «Волшебное число химиков»),

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ И КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

Газ превращается в жидкость, когда энергия взаимного притяжения молекул превышает их кинетическую энергию (энергию движения). Так как силы межмолекулярного притяжения становятся значимыми только при малых расстояниях между молекулами, сжижению, или конденсации (от лат. condensatio — «сгущение», «уплотнение»), способствует повышение давления. Кроме того, к сжижению ведёт понижение температуры, поскольку кинетическая энергия молекул при этом уменьшается.

Итак, если температуру не снижать, то для конденсации газа необходимо значительное повышение давления. Чем выше температура, тем большее давление надо приложить. В конце концов можно достичь такой температуры, при которой газ невозможно перевести в жидкое состояние ни под каким давлением. Самая высокая температура, при которой газ ещё удаётся превратить в жидкость повышением давления, называется его критической температурой. Соответственно, давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называется критическим давлением. Критические температура и давление вещества зависят от сил межмолекулярного притяжения, поэтому они индивидуальны для каждого вещества и являются его характеристическими постоянными.

При температурах выше критической вещество находится в особом состоянии. Оно полностью занимает объём сосуда, что свойственно газам. Однако плотность его может быть значительно выше, чем у газов. Поэтому для данной фазы обычно используют название сверхкритический флюид (от лат.fluidus — «текучий»).

ЖИДКОСТИ

Жидкости занимают промежуточное положение между газами и твёрдыми веществами. Силы взаимного притяжения молекул в жидкостях достаточно велики, чтобы удерживать молекулы вместе, так что, в отличие от газов, жидкости имеют постоянный объём. В то же время эти силы недостаточны, чтобы держать молекулы в жёсткой упорядоченной структуре, и потому у жидкостей нет постоянной формы.

Если в газах доля свободного объёма составляет более 99%, то в жидкостях — обычно лишь около 3%. То есть плотности жидкостей значи-

тельно выше и приближаются к плотностям твёрдых тел. Поскольку молекулы жидкого вещества уже находятся в довольно тесном контакте, сжимаемость жидкостей на много порядков ниже, чем газов.

Во внутреннем объёме жидкости молекулы имеют максимально возможное число «соседей», а на поверхности образуют меньше связей и потому обладают избытком энергии. Этим обусловлено одно из важнейших свойств жидкости — поверхностное натяжение: жидкость всегда стремится уменьшить свою поверхность. Вот почему свободно падающая жидкость принимает форму капли, а в невесомости — форму шара, поверхность которого при данном объёме минимальна.

Подобно молекулам газа, молекулы жидкости находятся в постоянном, хотя и сильно ограниченном, движении. Некоторые из них обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть силы межмолекулярного притяжения и, оторвавшись от поверхности жидкости, перейти в газовую фазу. Этот процесс — испарение — происходит непрерывно. Одновременно идёт и обратный процесс — конденсация, когда молекулы из газовой фазы возвращаются в жидкую. При неизменной температуре в замкнутом объёме между процессами испарения и конденсации устанавливается динамическое равновесие, и давление пара принимает постоянное значение; это давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Если температура повышается, всё больше молекул в жидкости приобретают необходимую для испарения энергию, поэтому давление насыщенного пара увеличивается. Наконец, когда давление пара сравнивается с внешним давлением, начинается интенсивное испарение не только на поверхности жидкости, но и в её объёме — кипение. При постоянном давлении температура кипения жидкости также постоянна.

Зависимость температуры кипения жидкостей от внешнего давления учитывал немецкий физик Габриель

Даниель Фаренгейт (1686—1736), занимаясь калибровкой изготовленных им первых точных термометров. Например, при понижении атмосферного давления с 760 до 735 мм рт. ст. температура кипения воды уменьшается со 100 до 99 °С. В высокогорной местности, где атмосферное давление мало, вода кипит при ещё более низкой температуре, поэтому варить пищу приходится дольше. И наоборот, еду можно приготовить быстрее в специальной кастрюле-скороварке, где создаётся давление 1,9 атм, так что вода кипит при 118 °С!

ТВЁРДЫЕ ТЕЛА

В твёрдом веществе каждая молекула удерживается межмолекулярными силами в определённом положении относительно своих соседей. Твёрдые тела обладают очень малой сжимаемостью, поскольку доля свободного объёма в них обычно ещё меньше, чем в жидкостях. Так что плотность данного вещества в твёрдом состоянии, как правило, больше,