Kann die kinetische Theorie das Verhalten von Flüssigkeiten ermitteln?

Mein Verständnis ist, dass es nicht möglich ist. Aber als ich es hier vorstellte , erhielt ich Kommentare, die dem widersprachen. Daher stelle ich, wie angedeutet, die Frage, um von anderen Usern konkrete Ansätze zu diesem Punkt erhalten zu können.

Obwohl ich darüber nachgedacht und bis zu einem gewissen Grad recherchiert habe, erkenne ich, dass ich keineswegs Experte auf diesem Gebiet bin. Ich werde also meine Argumentation und Argumente darlegen, und die Frage hier ist die im Titel.

Meine Ansicht über die kinetische Theorie der Materie ist, dass sie das makroskopische Verhalten von Systemen mit ausreichend großer Anzahl visualisiert$N$von Bestandteilen, als Ergebnis der mikroskopischen Dynamik. Das heißt, die Wechselwirkungen zwischen den zu kennen$N$Teilchen bis zu einem gewissen Grad, können Sie makroskopische Eigenschaften des großen Systems erhalten.

Diese Theorie ist in der Lage, das makroskopische Verhalten des idealen Gases, also realer Gase in einem großen Teil ihres Phasenraums, vollständig zu erklären. Es leistet hervorragende Arbeit für den Fall des thermodynamischen Gleichgewichts, wird aber auch zur Beschreibung der makroskopischen Diffusion einer gewissen Größenordnung in Gasen verwendet und ist die Wahl, wenn die Diffusion auf molekularer Ebene beschrieben wird.

Aber wenn wir über Flüssigkeiten sprechen, gibt es einige Probleme, und ich spreche hier nur ein System im thermodynamischen Gleichgewicht an.

Wir können uns eine Flüssigkeit vorstellen, die aus den gleichen Molekülen des entsprechenden Gases besteht, die mit den gleichen Potentialen wechselwirken, aber sie sind nur näher und daher in ihrer Bewegung zurückhaltender, weil sie jetzt mehr Zeit nahe beieinander verbringen als im Gas.

Hier ist das erste Problem mit diesem Bild: Wenn es richtig wäre, würden wir niemals eine gasförmige und eine flüssige Phase beobachten, die so unterschiedlich sind, wie sie sind. Das Gas würde sich langsam verflüssigen, wenn ihm Energie entzogen würde: Die Kompressibilität, die Dichte usw. würden sich kontinuierlich ändern. Aber wir wissen, dass dies nicht wahr ist, weil wir Diskontinuitäten in diesen Größenordnungen bei Phasenübergängen haben.

Ein weiteres Problem bei diesem Bild ist die große Inkompressibilität von Flüssigkeiten, während sie gleichzeitig so formbar sind. Um eine Vorstellung zu geben, hat Wasser bei Raumtemperatur eine Kompressibilität von ca$450 MPa^{-1}$( Link )! Dies bedeutet, dass Sie einen Druck von mehr als dem 4-fachen des atmosphärischen Drucks benötigen, um ihn zu komprimieren$1\%$! Und eine einfache Berechnung mit dem Lennard-Jones-Potential (häufig in Flüssigwassersimulationen verwendet) sagt Ihnen, dass eine Verringerung des intermolekularen Abstands in$1\%$aus der Gleichgewichtsentfernung ($r_m$) führt zu einer Erhöhung des Potenzials sind weniger als$0.4\%$.

Das bedeutet also, dass Partikel in der Flüssigkeit auf der Makroskala überreagieren in Bezug auf das, was wir erwarten würden, wenn der durchschnittliche Abstand linear mit der makroskopischen Skalierungskompression skalieren würde. Aber es scheint eine Nichtlinearität bei der Skalierung auf die Mikrowelt zu geben, und dies wird in KTM nicht berücksichtigt.

Außerdem behält eine Flüssigkeit ihr Volumen im Gegensatz dazu, wie Gase ihre Behälter füllen. Dieses Bild stimmt eher mit einem mikroskopischen System überein, bei dem die$N$Teilchen bewegen sich frei, wie in einem idealen Gas, aber eingeschlossen in einem Potentialtopf von der Größe des makroskopischen Systems. Die KTM würde es jedoch als Teilchen beschreiben, die mit diesen in einer gewissen Entfernung interagieren, und es ist nicht bewiesen, wie diese Art von Wechselwirkungen diese Art von großem Potenzial erzeugen könnte, obwohl es zugegebenermaßen der Fall zu sein scheint.

Auch wenn ein Gas und eine Flüssigkeit im thermodynamischen Gleichgewicht mit einer klaren Grenze zwischen ihnen stehen, wie kann dies erklärt werden? Wenn Moleküle in der Flüssigkeit nur näher beieinander liegen, da beide die gleiche Temperatur haben, sollten die durchschnittlichen kinetischen Energien in beiden Phasen gleich sein, was dazu führt, dass einige von ihnen in Wechselwirkungsabständen bleiben, während diejenigen im Gas keine größere kinetische Energien frei bewegen? Warum sehen wir Phänomene wie die Dampfsättigung, bei der Flüssigkeit und Gas im selben Behälter vollständig ausgeglichen sind, während das mikroskopische Bild nichts daran hindert, dass sich die Flüssigkeitsmoleküle ausdehnen, und das gesamte System eins wird mit einem durchschnittlichen Teilchenabstand größer als Was war in der Flüssigkeit und kürzer als das, was im Gas war?

Das sind also meine Hauptbedenken in Bezug auf die Anwendung von KTM auf Flüssigkeiten, und ich denke, sie sind nicht gelöst. Ich habe auf dieser Seite andere Fragen wie diese gesehen ( q1 , q2 , q3 ) und sie scheinen von den KTM-Kennern keine Aufmerksamkeit erhalten zu haben, oder es gibt keine gültige Antwort.

Ich würde es sehr zu schätzen wissen, wenn ich mich irre, aber wenn nicht, bedeutet das nur, dass es Raum für Theorie gibt :). Auch Argumente zu meinem Fall, die ich verpasst habe, sind ebenfalls sehr willkommen.