Игорь Кондрашин - Диалектика Материи

• Название: Диалектика Материи
• Автор: Игорь Кондрашин
• Жанр: Философия

---

   При переходе вещества в то или иное фазовое состояние в зависимости от условий сталкиваются две противодействующие тенденции: первая - стремление к уменьшению внутренней энергии, приводящее к потере частицами подвижности и к возрастанию порядка в системе, и вторая - стремление к увеличению энтропии, приводящее к уменьшению системного порядка. Любой процесс на любом оргуровне, включая даже такой высокий, как общественный, является отражением борьбы этих противоположных факторов и это всегда необходимо учитывать. В системных процессах уровня Д преобладание одного из факторов ведет к постепенному переходу системы в более термодинамически устойчивое состояние.

   При преобладании энергетического фактора процесс идет в сторону уменьшения внутренней энергии системы в результате усиления взаимодействия частиц вещества, сопровождающегося выделением энергии. К таким процессам относятся преимущественно процессы, усложняющие структуру вещества, повышающие его агрегацию: образование молекул из атомов, ассоциация молекул, распрямление и взаимная ориентация макромолекул, сжатие газа, конденсация пара, кристаллизация вещества.

   В случае, если превалирует энтропийный фактор, процесс идет в сторону увеличения энтропии системы в результате разъединения частиц вещества и их взаимного отдаления. Это преимущественно процессы, связанные с дезагрегацией вещества: плавление вещества, его испарение, расширение и смешение газов, растворение веществ, диссоциация молекул и т. п.

   Рассмотрим вкратце особенности поведения фщ. единиц в структурах вещества при различных фазовых состояниях в системных образованиях оргуровня Д.

   Газовое состояние вещества - более вероятное при высоких температурах характеризуется высокими значениями энтропии. Это говорит о полном беспорядке в системе фщ. единиц, совершающих индивидуальные поступательные движения с различными скоростями и практически не взаимодействующих друг с другом. Чем меньше энергия взаимодействия между двумя фщ. единицами, находящимися в контакте (слабые связи), тем больше запас внутренней энергии системы, и тогда даже при низких температурах вещество способно находиться в газовом состоянии. К таким веществам относятся прежде всего инертные газы, атомы которых испытывают друг к другу очень слабое притяжение.

   По мере усложнения структурного строения фщ. единиц (вследствие ), их способность к взаимному притяжению возрастает. Это проявляется в повышении температур кипения веществ с возрастанием фн. массы составляющих их элементов. При заданной температуре средняя скорость () молекул газа зависит от их фн. массы: чем больше ее значение, тем больше требуется энергии, чтобы увеличить ее скорость (). Скорости молекул связаны с параметрами состояния системы (температурой, давлением) и поэтому являются важной характеристикой их поведения.

   Тепловое движение молекул в веществе обусловливает его способность к диффузии, то есть к самопроизвольному переходу вещества в те области пространства (), где его концентрация меньше или равна нулю. Это свойство проявляется в самых различных природных процессах - испарении, растворении, осмосе, клеении и пр.

   При охлаждении веществ, находящихся в газовом состоянии (или при их сильном сжатии), силы взаимодействия между частицами начинают преобладать над энергией их теплового движения и при определенной температуре (индивидуальной для каждого вещества) оно переходит в жидкое состояние. Необходимым условием такого перехода является установление связей между отдельными фщ. единицами (молекулами или атомами), в результате чего внутренняя энергия системы становится меньше. Жидкое состояние вещества являет собой более "организованную" структуру, чем его газовое состояние, но оно менее стабильно, то есть подвержено более частым изменениям в течение различных промежутков времени (), чем твердое вещество. Поэтому жидкое состояние является промежуточным между газовым и твердым. Молекулы жидкости, имея возможность перемещения, сохраняют определенный порядок во взаимном расположении. По структуре и по характеру взаимодействий между частицами жидкость более сходна с кристаллами, нежели с газами. Как и твердые тела, жидкости обладают определенным объемом, что также отличает их от газов. Принципиальным отличием жидкости от твердого тела является отсутствие собственной формы.

   Таким образом, каждая фщ. единица подуровня Д в зависимости от фн. ячейки, которую она занимает, может пребывать в структуре вещества в любом фазовом состоянии: 1) газовом, 2) жидком, 3) твердом.

При анализе структурных особенностей фазовых состояний вещества видно, что фщ. единицы в газовом состоянии не взаимодействуют друг с другом, поэтому их структура неопределенна и непостоянна. В жидком состоянии в поведении фщ. единиц наблюдается больше взаимодействия, они объединены в более связанную структуру, обладающую более определенными, чем газовое состояние вещества, свойствами. Фщ. единицы в структуре жидкости совершают в секунду 1012 - 1013 колебаний, находясь в определенной фн. ячейке в течение 10-11 - 10-10 сек. Следовательно, до перескока в новое положение или до перестройки структуры фн. ячеек вокруг нее фщ. единица успевает совершить от 10 до 100 колебаний. Иначе говоря, только от 1 до 10% колебательных движений фщ. единицы заканчиваются ее перемещением в пространстве. В этом проявляются черты сходства жидкости с твердым телом, в котором почти ни одно колебание молекулы (или атома) не сопровождается ее переходом на другое место. Но если твердое тело характеризуется практически неизменным относительным расположением фщ. единиц, то в жидкости в результате относительного перемещения единиц уплотнение структуры фн. ячеек является неравномерным, постоянно наблюдаются кратковременные местные изменения на отдельных участках структуры. Под действием внешних сил (например, силы тяжести) перемещения отдельных скоплений частиц в жикости, то есть флуктуации ее плотности, становятся направленными. В результате жидкость течет, то есть перемещается с изменением своей формы, но с сохранением общего объема (при отсутствии испарения), в сторону приложения силы. Таким образом, текучесть - это специфическое свойство жидкого тела, вызванное ограниченной подвижностью его структурных единиц.

   Структура жидкости очень чувствительна к изменениям температуры. При температурах, близких к Т плавления строение жидкости приближается к твердому телу, так как содержит зачатки кристаллической структуры, и, наоборот, при температурах, близких к Т кипения упорядоченность в расположении фщ. единиц сводится к минимуму и начинается интенсивное испарение, то есть вещество переходит в газовое состояние. Поэтому температура является условным показателем колебания фщ. единиц относительно друг друга в данной системе в допускаемых фн. ячейками, которые они занимают, пределах. В свою очередь, частота и амплитуда колебаний фщ. единиц, то есть скорость их перемещения в пространстве за единицу времени, зависят от количества кинетической энергии, приходящейся на эту группу фщ. единиц вещества на данный момент времени. При повышении Т, то есть при получении данной группой единиц дополнительного количества кинетической энергии, амплитуда и частота колебаний возрастают до определенного значения, превысив который фщ. единицы покидают фн. ячейки данной структуры, переходя в фн. ячейки другого фазового состояния с другими допустимыми значениями амплитуд и частот колебания. Обратный процесс происходит при понижении температуры, то есть при уменьшении количества кинетической энергии, приходящейся на данную группу фщ. единиц вещества. С точки зрения строения вещества жидкое состояние является самым переменчивым и многообразным.

   При затвердевании вещества приобретают структуру, в которой имеется дальний порядок в расположении составляющих их фщ. единиц (молекул, атомов или ионов). Поэтому достаточно знать часть структуры фн. ячеек, чтобы получить представление об их расположении во всем объеме данного твердого тела. Как правило, ячейки образуют в нем строго определенные кристаллы, при этом, в соответствии с принципами общей теории систем, все фн. ячейки должны быть заполнены соответствующими им фщ. единицами.

   Кристаллическая структура вещества термодинамически является более устойчивой, чем аморфная. Это объясняется тем, что регулярное расположение фщ. единиц в ячейках кристаллов позволяет им установить между собой максимальное число связей, что способствует дальнейшему снижению запаса внутренней энергии в веществе. Плотную упаковку фщ. единиц можно представить как укладку шаров одинакового размера. В каждом ряду шары соприкасаются друг с другом, а шар следующего ряда находится между двумя шарами предыдущего. Отличительной чертой плотнейшей укладки шаров является большое число ближайших соседей каждого шара: шесть в одном слое и по три снизу и сверху. Таким образом, при плотнейшей укладке шаров так называемое координационное число каждого шара равно 12.