Tekuće tvari i njihova svojstva. Tekuće stanje materije

U svakodnevnom životu stalno smo suočeni s tri stanja materije - tekućine, plinovite i čvrste. O čvrstim tijelima i plinovima imamo prilično jasnu ideju. Plin je skup molekula koje se kreću slučajno u svim smjerovima. Sve molekule krutog tijela zadržavaju međusobni odnos. One čine samo manju fluktuaciju.

Značajke tekuće tvari

A što su tekuće tvari? Njihova glavna značajka je da, zauzimajući međupoložaj između kristala i plinova, kombiniraju određena svojstva ovih dviju država. Na primjer, za tekućine, kao i za krute (kristalnih) tijela, prisutnost volumena je inherentna. Međutim, istodobno tekuće tvari, poput plinova, imaju oblik posude u kojoj se nalaze. Mnogi od nas vjeruju da nemaju vlastiti oblik. Međutim, to nije slučaj. Prirodni oblik bilo koje tekućine je sfera. Gravitacija obično sprječava da preuzme ovaj oblik, tako da tekućina ima oblik posude ili se prostira na površini u tankom sloju.

Njegovim svojstvima, tekuće stanje tvari je posebno teško, što je posljedica međupoložaja. Počelo se proučavati od Arhimeda (prije 2200 godina). Međutim, analiza kako se molekule tekućih supstanci ponašaju još uvijek je jedno od najtežih područja primijenjene znanosti. Još uvijek nema univerzalno priznate i potpune teorije tekućina. Međutim, sasvim sigurno možemo reći nešto o njihovom ponašanju.

Ponašanje molekula u tekućini

Tekućina je nešto što može teći. Narudžba kratkog dometa opažena je u rasporedu svojih čestica. To znači da je mjesto najbližih susjeda, s obzirom na bilo koju česticu, naređeno. Međutim, kako se odmakne od drugih, njezin položaj prema njima postaje sve manje uredan, a tada red sve nestaje. Tekuće tvari se sastoje od molekula koje se kreću puno slobodnije nego u krutinama (i plinovima - još slobodnije). U određenom vremenu, svaki od njih žuri s jedne strane na drugu, ne odmakujući se od svojih susjeda. Međutim, tekuća molekula povremeno izlazi iz okoline. Ona pada u novi, kreće se na drugo mjesto. Ovdje opet, za određeno vrijeme, izvodi slične promjene gibanja.

Y. I. Frenkelov doprinos proučavanju tekućina

I. I I. Frenkel, sovjetski znanstvenik, ima veliku zaslugu u razvijanju čitav niz problema koji se bave takvim predmetom kao tekućih tvari. Zahvaljujući svojim otkrićima, kemija je postigla veliki napredak. Vjerovao je da u tekućinama toplinski pokret ima slijedeći karakter. Unutar određenog vremena, svaka molekula oscilira blizu ravnotežnog položaja. Međutim, s vremena na vrijeme mijenja svoje mjesto, naglo se kreće na novu poziciju, koja je od prethodne udaljenosti koja je otprilike veličina same molekule. Drugim riječima, molekule se kreću unutar tekućine, ali polako. Dio vremena oni ostaju u blizini određenih mjesta. Slijedom toga, njihovo kretanje je nešto poput mješavine pokreta u plinu i čvrstim pokretima tijela. Oscilacije na jednom mjestu nakon nekog vremena zamjenjuju se slobodnim prijelazom od mjesta do mjesta.

Tlak u tekućini

Neka svojstva tekuće tvari su nam poznata kroz stalnu interakciju s njima. Dakle, iz iskustva svakodnevnog života znamo da djeluje na površini krutih tvari koje dolaze u dodir s njom, s poznatim silama. Pozvani su kao snage tlaka tekućine.

Na primjer, otvaranjem rupice s prstom i uključivanjem vode, osjećamo kako pritišće prst. Plivač koji je zaronio do velike dubine, ne slučajno doživljava bol u ušima. To je objašnjeno činjenicom da pritisne sile djeluju na bubnjić. Voda je tekuća supstanca pa ima sva svojstva. Kako bi se izmjerila temperatura vode na dubini mora, trebali bi se koristiti vrlo jaki termometri kako bi se spriječilo da se drobi pritisak tekućine.

Taj pritisak nastaje zbog kompresije, tj. Promjene volumena tekućine. Ona ima elastičnost s obzirom na tu promjenu. Snage pritiska - to je sila elastičnosti. Stoga, ako tekućina djeluje na tijela u kontaktu s njom, tada je komprimirana. Budući da se gustoća materije pod kompresijom povećava, može se pretpostaviti da su tekućine s obzirom na promjenu gustoće elastičnosti.

isparavanje

Nastavljajući uzeti u obzir svojstva tekuće tvari, nastavljamo isparavanjem. U blizini površine, a također i izravno u površinskom sloju, postoje sile koje osiguravaju postojanje tog sloja. Ne dopuštaju molekulama da ostavljaju volumen tekućine. Međutim, neki od njih, zahvaljujući toplinskom kretanju, razvijaju prilično velike brzine, pomoću kojih postaje moguće prevladati ove sile i ostaviti tekućinu. Taj fenomen nazivamo evaporacija. Može se promatrati na bilo kojoj temperaturi zraka, ali s povećanjem brzine isparavanja.

kondenzacija

Ako su molekule koje su ostavile tekućinu uklonjene iz prostora u blizini njegove površine, sve to na kraju isparava. Ako molekule koje ga ostavljaju nisu uklonjene, oni stvaraju pare. Oni koji pada u područje u blizini površine tekućine, molekule pare su uvučene u njega snage privlačenja. Taj se proces naziva kondenzacija.

Prema tome, ako molekule nisu uklonjene, brzina isparavanja se s vremenom smanjuje. Ako se daljnja gustoća pare povećava, postiže se situacija u kojoj broj molekula koje ostavljaju tekućinu za određeno vrijeme jednak će broju molekula koje se tijekom tog vremena vraćaju. Dakle, postoji stanje dinamičke ravnoteže. Parena u njoj zove se zasićena. Pritisak i gustoća povećavaju se s porastom temperature. Što je veća, više molekula tekućine ima dovoljnu energiju za isparavanje, a gustiju mora imati para kako bi kondenzacija mogla izjednačiti isparavanjem.

vrenje

Kada se postigne temperatura tijekom zagrijavanja tekućih tvari, kod koje zasićena para ima isti pritisak kao i vanjski medij, uspostavlja se ravnoteža između zasićene pare i tekućine. Ako tekućina prijavi dodatnu količinu topline, odgovarajuća masa tekućine odmah se pretvara u paru. Taj se proces naziva vrenjem.

Kuhanje je intenzivno isparavanje tekućine. Ne pojavljuje se samo od površine, već se odnosi na cijeli volumen. Unutar tekućine pojavljuju se mjehurići pare. Kako bi se prebacili na tekućinu, molekule trebaju nabaviti energiju. Potrebno je prevladati snage privlačenja kroz koje se zadržavaju u tekućini.

Točka vrenja

Točka vrenja - to je onaj u kojem se promatra jednakost dvaju pritisaka - vanjske i zasićene pare. Povećava se s porastom tlaka i smanjuje se dok se smanjuje. Zbog činjenice da se tlak u tekućini mijenja s visinom stupca, u njemu se vreli vrenje na različitim nivoima pri različitim temperaturama. samo zasićene pare, Tekućina koja se nalazi iznad površine tekućine tijekom postupka vrenja ima određenu temperaturu. Utvrđuje se samo vanjskim pritiskom. To je ono što mislimo kad govorimo o vrelištu. Razlikuje se u različitim tekućinama, koja se široko koristi u inženjeringu, posebice u destilaciji naftnih derivata.

Latentna toplina isparavanja je količina topline koja je potrebna za pretvorbu izotermske količine tekućine u paru ako je vanjski tlak isti kao i zasićeni tlak pare.

Svojstva tekućih filmova

Svi znamo kako se pjena otopiti sapunom u vodi. Ovo nije ništa više nego puno mjehurića, koje su ograničene na tanki film koji se sastoji od tekućine. Međutim, od tekućine za formiranje pjene može se dobiti i odvojen film. Njezina svojstva su vrlo zanimljiva. Ovi filmovi mogu biti vrlo tanki, a njihova debljina u najtanjim dijelovima ne prelazi tisućiti milimetar. Ipak, ponekad su vrlo stabilni, unatoč tome. Sapunski film može biti podvrgnut deformaciji i istezanju, mlaz vode može proći kroz njega bez uništavanja. Kako objasniti tu stabilnost? Da bi se film pojavio, potrebno je dodati čiste tekuće tvari koje se otapaju u njemu. Ali ne bilo koji, ali takav da značajno smanjuje površinsku napetost.

Tekući filmovi u prirodi i tehnologiji

U tehnologiji i prirodi, uglavnom se ne susrećemo s pojedinačnim filmovima, već s pjenom, koja je njihova totalnost. Često se može promatrati u potocima, gdje se mali potoci pada u mirnu vodu. Sposobnost vode da pjene u ovom slučaju je zbog prisutnosti u njoj organske tvari koja se izvuče iz korijena biljaka. Ovo je primjer kako prirodne tekuće tvari pjene. Ali što je s tehnologijom? Na primjer, tijekom gradnje koristite posebne materijale koji imaju staničnu strukturu sličnu pjeni. Oni su lagani, jeftini, dovoljno jaki, slabo ponašaju zvukove i toplinu. Da biste ih dobili u posebnim rješenjima dodajte sredstva za pjenjenje.

zaključak

Dakle, otkrili smo koje tvari pripadaju tekućini, saznali da je tekućina meduproduktivna tvar između plinovitog i krutog. Stoga ima svojstva koja su karakteristična za oboje. Tekući kristali, koji su danas široko korišteni u inženjeringu i industriji (na primjer, tekući kristalni zasloni) predstavljaju vrhunski primjer ovog stanja materije. Oni kombiniraju svojstva krutina i tekućina. Teško je zamisliti koje će tvari tekuća znanost izmisliti u budućnosti. Međutim, jasno je da u ovom stanju materije postoji veliki potencijal koji se može koristiti za dobrobit čovječanstva.

Posebno zanimanje za razmatranje fizikalno-kemijskih procesa koji se javljaju u tekućem stanju rezultat je činjenice da se čovjek sastoji od 90% vode, koja je najpristupačnija tekućina na Zemlji. U njemu se svi vitalni procesi pojavljuju kako u biljci, tako iu životinjskom kraljevstvu. Stoga, za sve nas, važno je proučiti tekuće stanje materije.