Замечательные явления на границе между телами

Молекулы-пограничники

Свойства всех веществ зависят от состава и строения их молекул. Свойства тел, для которых вещество служит как бы сырьем, кроме того, зависят и от расположения молекул, от расстояний между ними, а следовательно, и от их взаимодействия — молекулярного сцепления. В одних телах молекулы находятся друг от друга далеко, а в других — совсем рядом, и мы различаем в одном случае газы, а в другом — жидкости и твердые тела.

Во всех телах молекулы находятся в беспорядочном тепловом движении, которое замирает лишь при температуре абсолютного нуля — на 273° С ниже точки плавления льда. В газах (парах) молекулы беспорядочно движутся по прямым, сталкиваясь друг с другом или со стенками сосуда, в жидкостях — ползают, как пчелы в рое, а в кристаллах — беспорядочно колеблются вокруг узлов решетки — правильной пространственной сетки, лишь иногда перемещаясь на короткие расстояния.

Тепловое движение приводит к диффузии, к выравниванию концентрации частичек вещества, т. е. их числа в каждой единице объема тела. Чем выше температура, тем быстрее диффузия. В жидкостях диффузия идет медленнее, чем в газах, а в твердых телах при обычных температурах она почти незаметна.

Неправильно считать, что молекулы, занимающие весь объем тела, в равной мере определяют его свойства. Особенно важную роль, прежде всего при взаимодействии соприкасающихся тел или тела с окружающей его средой, играют молекулы-пограничники. Они занимают поверхности раздела, или, вернее, тонкие поверхностные слои на границах тел. Молекулы в этих слоях ведут себя иначе, чем в объеме тела.

От особых свойств поверхностных слоев зависят все виды молекулярного взаимодействия тел: прилипание, сваривание, паяние, склеивание, трение. Даже разрушение твердого тела, т. е. преодоление молекулярного сцепления внешними силами, надо рассматривать как образование новых поверхностей — явление, обратное свариванию двух кусков тела. Свойства поверхностных слоев определяют скорости таких процессов, как растворение и кристаллизация, испарение и конденсация пара, коррозия, или химическое растворение твердых тел (металлов) окружающей средой, разрушение горных пород и почв — эрозия.

Если твердое тело размолоть в мельчайшие пылинки, поверхность каждой единицы его объема увеличится в десятки тысяч раз. При этом возрастет и химическая активность. Свойства таких дисперсных тел станут целиком определяться свойствами их поверхностного слоя.

Каждая молекула в объеме любого тела связана со своими соседями, равномерно окружающими ее со всех сторон. Иное дело молекулы-пограничники: со стороны объема жидкости или твердого тела у них такие же соседи, так же плотно расположенные, а извне либо их очень мало, если тело граничит с газом (собственным паром), либо это чужие молекулы, принадлежащие другому телу. Поэтому молекулы-пограничники всегда обладают свободными связями — избытком свободной энергии, они активированы — вооружены избытком энергии.