Substanțe lichide și proprietățile acestora. Starea lichidă a materiei

În viața de zi cu zi, ne confruntăm în mod constant cu trei stări de materie - lichide, gazoase și solide. Despre ce corpuri solide și gaze sunt, avem o idee destul de clară. Gazul este o colecție de molecule care se mișcă în mod aleatoriu în toate direcțiile. Toate moleculele unui corp solid își păstrează aranjamentul reciproc. Ele produc doar fluctuații minore.

Caracteristicile substanței lichide

Și ce sunt substanțe lichide? Trăsătura lor principală este că, ocupând o poziție intermediară între cristale și gaze, ele combină anumite proprietăți ale acestor două stări. De exemplu, pentru lichide, precum și pentru substanțe solide (cristalin), prezența volumului este inerentă. Cu toate acestea, în același timp, substanțele lichide, cum ar fi gazele, iau forma unei nave în care sunt situate. Mulți dintre noi cred că nu au o formă proprie. Totuși, acest lucru nu este cazul. Forma naturala a oricarui fluid este o sfera. Gravitatea îl împiedică de obicei să ia această formă, astfel încât lichidul fie să ia forma unui vas, fie să se răspândească peste suprafață într-un strat subțire.

Prin proprietățile sale, starea lichidă a substanței este deosebit de dificilă, datorită poziției sale intermediare. A început să fie studiat din timpul Arhimedei (acum 2200 de ani). Cu toate acestea, o analiză a modului în care se comportă moleculele unei substanțe lichide este încă una dintre cele mai dificile domenii ale științei aplicate. Nu există încă o teorie universală despre lichide. Cu toate acestea, putem spune ceva despre comportamentul lor cu siguranță.

Comportamentul moleculelor într-un lichid

Un lichid este ceva ce poate curge. Ordinea cu rază scurtă este observată în aranjamentul particulelor sale. Aceasta înseamnă că este ordonată locația vecinilor apropiați de aceasta, cu privire la orice particulă. Cu toate acestea, pe măsură ce se îndepărtează de ceilalți, poziția față de ei devine din ce în ce mai puțin ordonată, iar apoi ordinea dispare cu totul. Substanțele lichide constau în molecule care se mișcă mult mai liber decât în ​​substanțele solide (și în gaze - chiar mai liber). Într-o anumită perioadă, fiecare dintre ei se grăbește de la o parte la alta, fără a se îndepărta de vecinii săi. Cu toate acestea, molecula lichidă se rupe din mediul înconjurător din când în când. Ea intră într-una nouă, mutându-se în alt loc. Din nou, pentru o anumită perioadă, efectuează fluctuații similare de mișcare.

Contribuția lui Y. I. Frenkel la studiul lichidelor

I. I. I. Frenkel, un om de știință sovietic, are mare merit în elaborarea unei serii de probleme care se ocupă de un astfel de subiect ca substanțele lichide. Chimia a făcut progrese mari datorită descoperirilor sale. El credea că în lichide mișcarea termică are următorul caracter. Într-o anumită perioadă, fiecare moleculă oscilează în apropierea poziției de echilibru. Cu toate acestea, își schimbă locul din când în când, deplasându-se brusc într-o nouă poziție, care de la cea precedentă este o distanță care este aproximativ dimensiunea moleculei în sine. Cu alte cuvinte, moleculele se mișcă în interiorul lichidului, dar încet. O parte din timp ei stau lângă anumite locuri. În consecință, mișcarea lor este ceva de genul unui amestec de mișcări în gaz și în mișcările corpului solid. Oscilațiile dintr-un loc după un timp sunt înlocuite de o tranziție liberă de la loc la loc.

Presiune într-un lichid

Unele proprietăți ale materiei lichide sunt cunoscute prin interacțiunea constantă cu ele. Deci, din experiența vieții de zi cu zi știm că acționează pe suprafața solidelor care vin în contact cu ea, cu forțe cunoscute. Ele sunt numite forțe din presiunea fluidului.

De exemplu, prin deschiderea orificiului de prindere cu degetul și cu apă, simțim cum se apasă pe deget. Un înotător care sa scufundat în profunzime, fără a suferi accidental durere în urechi. Se explică prin faptul că forțele de presiune acționează asupra timpanului. Apa este o substanță lichidă, deci are toate proprietățile sale. Pentru a măsura temperatura apei la adâncimea mării, ar trebui folosite termometre foarte puternice pentru a preveni strivirea presiunii lichidului.

Această presiune se datorează comprimării, adică o modificare a volumului lichidului. Are elasticitate cu privire la această schimbare. Forțe de presiune - aceasta este forța elasticității. Prin urmare, dacă lichidul acționează asupra corpurilor care intră în contact cu acesta, atunci acesta este comprimat. Deoarece densitatea materiei sub compresie crește, se poate presupune că fluidele în ceea ce privește schimbarea densității au elasticitate.

evaporare

Continuând să luăm în considerare proprietățile materiei lichide, vom proceda la evaporare. În apropierea suprafeței și, de asemenea, direct în stratul de suprafață, există forțe care asigură însăși existența acestui strat. Ele nu permit moleculelor din el să lase volumul de lichid. Cu toate acestea, unele, datorită mișcării termice, dezvoltă viteze destul de mari, cu ajutorul cărora devine posibilă depășirea acestor forțe și lăsarea lichidului. Noi numim acest fenomen evaporare. Aceasta poate fi observată la orice temperatură a aerului, însă cu creșterea acesteia rata de evaporare crește.

condensare

Dacă moleculele care au părăsit lichidul sunt îndepărtate din spațiul de lângă suprafața sa, atunci toate se evaporă în cele din urmă. Dacă moleculele care o părăsesc nu sunt îndepărtate, ele formează aburi. Cei care cad în regiunea din apropierea suprafeței lichidului, moleculele de vapori sunt atrase în el forțele de atracție. Acest proces se numește condensare.

În consecință, dacă moleculele nu sunt îndepărtate, viteza de evaporare scade cu timpul. Dacă densitatea vaporilor crește în continuare, se obține o situație în care numărul de molecule care părăsesc lichidul pentru o anumită perioadă de timp va fi egal cu numărul moleculelor care se întorc în acest timp. Deci, există o stare de echilibru dinamic. Vaporii din acesta se numesc saturați. Presiunea și densitatea acestuia cresc odată cu creșterea temperaturii. Cu cât este mai mare, cu atât mai multe molecule ale lichidului au o cantitate suficientă de energie pentru evaporare și cu cât mai multă densitate trebuie să aibă vaporii pentru ca condensarea să poată egaliza cu evaporarea.

fierbere

Când se atinge o temperatură în timpul încălzirii substanțelor lichide, la care vaporii saturați au aceeași presiune ca mediul extern, se stabilește un echilibru între vaporii saturați și lichid. Dacă lichidul raportează o cantitate suplimentară de căldură, masa corespunzătoare a lichidului se transformă imediat în abur. Acest proces se numește fierbere.

Încălzirea este o evaporare intensă a lichidului. Se întâmplă nu numai de la suprafață, ci privește întregul volum. În interiorul lichidului apar bule de abur. Pentru a trece la vaporii dintr-un lichid, moleculele trebuie să obțină energie. Este necesar să se depășească forțele de atracție, prin care acestea sunt reținute în lichid.

Punct de fierbere

Punct de fierbere - aceasta este cea la care se observă egalitatea a două presiuni - vapori exteriori și saturați. Aceasta crește odată cu creșterea presiunii și scade, pe măsură ce scade. Datorită faptului că presiunea din lichid se modifică odată cu înălțimea coloanei, se produce fierbere la diferite niveluri la diferite temperaturi. numai abur saturat, Lichidul care se află deasupra suprafeței lichidului în timpul procesului de fierbere are o anumită temperatură. Se determină numai prin presiunea externă. Asta inseamna atunci cand vorbim despre punctul de fierbere. Acesta diferă în diferite lichide, care este utilizat pe scară largă în inginerie, în special în distilarea produselor petroliere.

Căldura latentă de vaporizare este cantitatea de căldură necesară pentru a transforma o cantitate de lichid definită izoterm în abur, dacă presiunea externă este aceeași cu cea a presiunii saturate a vaporilor.

Proprietățile filmelor lichide

Știm cu toții cum să obțineți o spumă prin dizolvarea săpunului în apă. Acest lucru nu este altceva decât o mulțime de bule, care sunt limitate la un film subțire constând din lichid. Cu toate acestea, o peliculă separată poate fi de asemenea obținută din lichidul care formează spuma. Proprietățile sale sunt foarte interesante. Aceste filme pot fi foarte subțiri: grosimea lor în părțile mai subțiri nu depășește o mieime dintr-un milimetru. Cu toate acestea, ele sunt uneori foarte stabile, în ciuda acestui fapt. Filmul de săpun poate fi supus deformării și întinderii, un jet de apă poate trece prin el, fără al distruge. Cum de explicat această stabilitate? Pentru ca filmul să apară, este necesar să adăugați substanțe lichide pure care se dizolvă în acesta. Dar nu oricare, dar astfel încât să reducă în mod semnificativ tensiunea superficială.

Filme lichide în natură și tehnologie

În tehnologie și în natură, nu întâlnim în principal filme individuale, ci spumă, care este totalitatea lor. Acesta poate fi adesea observat în cursurile de apă, unde picături mici se prăbușesc în apă calmă. Capacitatea de spumare a apei în acest caz se datorează prezenței în ea a unei substanțe organice, care este extrasă din rădăcinile plantelor. Acesta este un exemplu de spumare a substanțelor lichide naturale. Dar tehnologia? În timpul construcției, de exemplu, utilizați materiale speciale care au o structură celulară asemănătoare spumei. Ele sunt ușoare, ieftine, destul de puternice, au un sunet slab și au o căldură. Pentru a le obține în soluții speciale, adăugați agenți de spumare.

producție

Deci, am aflat care substanțe aparțin lichidului, a constatat că lichidul este o stare intermediară de materie între gaz și solid. Prin urmare, are proprietăți caracteristice ambelor. Cristale lichide, care sunt acum utilizate pe scară largă în inginerie și industrie (de exemplu, ecrane cu cristale lichide) sunt un prim exemplu al acestei stări de materie. Acestea combină proprietățile substanțelor solide și lichide. Este dificil să ne imaginăm ce substanțe lichide știință va inventa în viitor. Cu toate acestea, este clar că în această stare de materie există un mare potențial care poate fi folosit în beneficiul omenirii.

De un interes deosebit pentru luarea în considerare a proceselor fizice și chimice care au loc în stare lichidă, datorită faptului că omul este de 90% apă, ceea ce este cel mai frecvent lichid pe Pământ. În ea, toate procesele vitale apar atât în ​​plante, cât și în regnul animal. Prin urmare, pentru noi toți, este important să studiem starea lichidă a materiei.