Εξηγήστε γιατί σχεδόν όλα τα στερεά είναι πυκνότερα από τις υγρές καταστάσεις τους περιγράφοντας τι συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο;
1. Μοριακή διάταξη και απόσταση
* Στερεό: Τα μόρια σε ένα στερεό είναι σφιχτά συσκευασμένα και διατεταγμένα σε ένα πολύ διατεταγμένο, επαναλαμβανόμενο μοτίβο που ονομάζεται κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτή η σφιχτή συσκευασία αφήνει πολύ λίγο χώρο μεταξύ των μορίων.
* υγρό: Τα μόρια σε ένα υγρό είναι πιο κοντά από ό, τι σε ένα αέριο, αλλά έχουν περισσότερη ελευθερία κίνησης. Μπορούν να γλιστρήσουν ο ένας τον άλλον, οδηγώντας σε μια λιγότερο διατεταγμένη ρύθμιση και περισσότερο χώρο μεταξύ τους.
2. Μοριακές αλληλεπιδράσεις
* Στερεό: Οι ισχυρές διαμοριακές δυνάμεις (όπως η δέσμευση υδρογόνου, οι αλληλεπιδράσεις διπολικής-διπόλης ή οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου) κρατούν τα μόρια σε ένα στερεό άκαμπτο στη θέση τους. Αυτές οι δυνάμεις είναι πολύ ισχυρότερες από ό, τι στα υγρά.
* υγρό: Οι διαμοριακές δυνάμεις στα υγρά είναι ασθενέστερες από ό, τι στα στερεά. Αυτό επιτρέπει στα μόρια να κινούνται γύρω, αλλά εξακολουθούν να παραμένουν σχετικά κοντά.
3. Πυκνότητα
* πυκνότητα =μάζα / όγκος
* Δεδομένου ότι τα μόρια σε ένα στερεό είναι συσκευασμένα πιο σφιχτά από ό, τι σε ένα υγρό, ένα στερεό θα έχει μικρότερο όγκο για την ίδια μάζα. Αυτός ο μικρότερος όγκος έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερη πυκνότητα.
με απλούστερους όρους:
Φανταστείτε ένα κουτί γεμάτο μάρμαρα. Εάν κουνάτε το κουτί (όπως ένα υγρό), τα μάρμαρα θα εξαπλωθούν, αυξάνοντας το χώρο μεταξύ τους. Εάν αφήσετε το κουτί ανενόχλητο (σαν ένα στερεό), τα μάρμαρα θα εγκατασταθούν σε μια αυστηρότερη ρύθμιση, παίρνοντας λιγότερο χώρο.
Εξαιρέσεις:
Υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα, όπου η στερεή μορφή μιας ουσίας είναι λιγότερο πυκνή από την υγρή του μορφή:
* νερό: Το νερό είναι μοναδικό στο ότι επεκτείνεται όταν παγώνει. Αυτό οφείλεται στη σύνδεση υδρογόνου που σχηματίζει μια πιο ανοιχτή, κρυσταλλική δομή στον πάγο.
* Bismuth: Το βισμούθιο είναι ένα μέταλλο που παρουσιάζει παρόμοια επέκταση κατά την κατάψυξη.
Συνολικά: Η πυκνότερη φύση των στερεών σε σύγκριση με τα υγρά προέρχεται από την αυστηρότερη συσκευασία και τις ισχυρότερες ενδομοριακές δυνάμεις που διέπουν τη μοριακή τους δομή.
