المواد السائلة وخصائصها. الحالة السائلة للمادة

في الحياة اليومية ، نواجه باستمرارثلاث حالات للمادة - سائلة وغازية وصلبة. لدينا فكرة واضحة إلى حد ما عن ماهية المواد الصلبة والغازات. الغاز عبارة عن مجموعة من الجزيئات تتحرك بشكل عشوائي في جميع الاتجاهات. تحتفظ جميع جزيئات المادة الصلبة بموقعها النسبي. هم فقط جعلوا تقلبات طفيفة.

ملامح مادة سائلة

لكن ما هي المواد السائلة؟ ميزتها الرئيسية هي أنها تحتل موقعًا وسيطًا بين البلورات والغازات ، فهي تجمع بين خصائص معينة لهاتين الحالتين. على سبيل المثال ، بالنسبة للسوائل ، وكذلك للأجسام الصلبة (البلورية) ، فإن وجود الحجم ملازم. ومع ذلك ، في نفس الوقت ، تأخذ المواد السائلة ، مثل الغازات ، شكل وعاء توجد فيه. يعتقد الكثير منا أنه ليس لديهم شكلهم الخاص. ومع ذلك ، فهي ليست كذلك. الشكل الطبيعي لأي سائل هو كرة. تمنعه ​​الجاذبية عادة من اتخاذ هذا الشكل ، لذلك إما أن يأخذ السائل شكل وعاء أو ينتشر على السطح في طبقة رقيقة.

وفقًا لخصائصه ، الحالة السائلة للمادةصعبة بشكل خاص بسبب موقعها المتوسط. بدأت دراستها منذ عهد أرخميدس (قبل 2200 سنة). ومع ذلك ، لا يزال تحليل سلوك الجزيئات السائلة أحد أصعب مجالات العلوم التطبيقية. لا توجد حتى الآن نظرية كاملة ومقبولة بشكل عام عن السوائل. ومع ذلك ، يمكننا أن نقول شيئًا ما عن سلوكهم بكل تأكيد.

سلوك الجزيئات في السائل

السائل هو شيء يمكن أن يتدفق. يتم ملاحظة الترتيب قصير المدى في ترتيب جزيئاته. وهذا يعني أنه يتم ترتيب ترتيب الجيران الأقرب إليه فيما يتعلق بأي جسيم. ومع ذلك ، عندما تبتعد عن الآخرين ، يصبح وضعها فيما يتعلق بهم أقل ترتيبًا ، ثم يختفي الترتيب تمامًا. تتكون السوائل من جزيئات تتحرك بحرية أكبر بكثير من المواد الصلبة (وحتى في الغازات أكثر حرية). لبعض الوقت ، يندفع كل منهم في اتجاه واحد ، ثم في اتجاه آخر دون الابتعاد عن جيرانهم. ومع ذلك ، فإن جزيء السائل يهرب من البيئة من وقت لآخر. تجد نفسها في مكان جديد وتنتقل إلى مكان آخر. هنا مرة أخرى ، ولفترة زمنية معينة ، يقوم بحركات متذبذبة.

مساهمة يا أولا فرنكل في دراسة السوائل

أنا و. Frenkel ، العالم السوفيتي ، مسؤول إلى حد كبير عن تطوير عدد من المشاكل حول موضوع مثل المواد السائلة. قطعت الكيمياء خطوات كبيرة إلى الأمام مع اكتشافاته. كان يعتقد أن الحركة الحرارية في السوائل لها الصفة التالية. لفترة معينة ، يهتز كل جزيء حول وضع التوازن. ومع ذلك ، فإنه يغير مكانه من وقت لآخر ، متحركًا بشكل مفاجئ إلى موضع جديد ، وهو على مسافة من الموضع السابق ، وهو حجم الجزيء نفسه تقريبًا. بمعنى آخر ، تتحرك الجزيئات داخل السائل ، ولكن ببطء. جزء من الوقت يقيمون بالقرب من أماكن معينة. وبالتالي ، فإن حركتهم تشبه مزيجًا من الحركات التي يتم إجراؤها في الغاز والمادة الصلبة. يتم استبدال التذبذبات في مكان واحد بعد فترة بالانتقال الحر من مكان إلى آخر.

ضغط السائل

نحن نعرف بعض خصائص المادة السائلة.بفضل التفاعل المستمر معهم. لذلك ، من تجربة الحياة اليومية ، نعلم أنها تعمل على سطح المواد الصلبة التي تتلامس معها ، مع قوى معينة. يطلق عليهم قوى ضغط السوائل.

على سبيل المثال ، فتح فتحة الصنبوراضغط بإصبعك وتشغيل الماء ، نشعر كيف يضغط على الإصبع. وليس من قبيل المصادفة أن السباح الذي يغوص في أعماق كبيرة يشعر بألم في أذنيه. يتم تفسيره من خلال قوى الضغط التي تعمل على طبلة الأذن. الماء مادة سائلة ، لذلك له كل خصائصه. من أجل قياس درجة حرارة الماء في عمق البحر ، يجب استخدام موازين حرارة قوية جدًا بحيث لا يمكن سحقها بضغط السائل.

هذا الضغط ناتج عن الضغط ، أيتغير في حجم السائل. لها مرونة فيما يتعلق بهذا التغيير. قوى الضغط هي قوى المرونة. لذلك ، إذا كان السائل يعمل على الأجسام الملامسة له ، فهذا يعني أنه مضغوط. نظرًا لأن كثافة المادة تزداد أثناء الضغط ، يمكن افتراض أن السوائل مرنة بالنسبة للتغيرات في الكثافة.

تبخر

الاستمرار في النظر في خصائص السائلالمواد ، ننتقل إلى التبخر. بالقرب من سطحه ، وكذلك مباشرة في الطبقة السطحية ، هناك قوى تضمن وجود هذه الطبقة. لا تسمح للجزيئات الموجودة فيه بمغادرة حجم السائل. ومع ذلك ، فإن البعض منهم ، بسبب الحركة الحرارية ، يطورون سرعات عالية إلى حد ما ، حيث يصبح من الممكن التغلب على هذه القوى وترك السائل. نسمي هذه الظاهرة التبخر. يمكن ملاحظتها في أي درجة حرارة للهواء ، ومع ذلك ، مع زيادتها ، يزداد معدل التبخر.

تركيز

إذا تم إزالة الجزيئات التي تركت السائل منيقع بالقرب من سطحه ، ثم يتبخر كله في النهاية. إذا لم تتم إزالة الجزيئات التي تركتها ، فإنها تشكل بخارًا. يتم سحب جزيئات البخار المحبوسة في منطقة قريبة من سطح السائل إليها بواسطة قوى الجذب. هذه العملية تسمى التكثيف.

لذلك ، إذا لم يتم إزالة الجزيئات ، معمعدل التبخر يتناقص بمرور الوقت. إذا زادت كثافة البخار أكثر ، يتم الوصول إلى حالة يكون فيها عدد الجزيئات التي تترك السائل في وقت معين مساويًا لعدد الجزيئات التي تعود إليه خلال نفس الوقت. هذه هي الطريقة التي تنشأ بها حالة التوازن الديناميكي. البخار الموجود فيه يسمى مشبع. يزداد ضغطها وكثافتها مع زيادة درجة الحرارة. وكلما زاد عدد الجزيئات السائلة التي لديها طاقة كافية للتبخر ، يجب أن تكون كثافة البخار أعلى من أجل التكثيف ليساوي التبخر.

الغليان

عندما تكون في عملية تسخين المواد السائلةيتم الوصول إلى درجة حرارة يكون عندها للأبخرة المشبعة نفس ضغط البيئة الخارجية ، يتم إنشاء توازن بين البخار المشبع والسائل. إذا أعطى السائل كمية إضافية من الحرارة ، يتم تحويل كتلة السائل المقابلة على الفور إلى بخار. هذه العملية تسمى الغليان.

الغليان هو تبخر شديدالسوائل. لا يحدث فقط من السطح ، ولكنه يتعلق بحجمه بالكامل. تظهر فقاعات البخار داخل السائل. من أجل التحول إلى بخار من سائل ، تحتاج الجزيئات إلى اكتساب الطاقة. هناك حاجة للتغلب على قوى الجذب ، والتي بفضلها يتم الاحتفاظ بها في السائل.

درجة حرارة الغليان

نقطة الغليان هي النقطة التي عندهاهناك مساواة بين ضغوط - الأبخرة الخارجية والمشبعة. يزداد مع زيادة الضغط وينقص مع انخفاض الضغط. نظرًا لحقيقة أن الضغط في السائل يتغير مع ارتفاع العمود ، يحدث الغليان فيه عند مستويات مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. فقط البخار المشبع الموجود فوق سطح السائل أثناء عملية الغليان له درجة حرارة معينة. يتم تحديده فقط عن طريق الضغط الخارجي. هذا ما نعنيه عندما نتحدث عن نقطة الغليان. يختلف في السوائل المختلفة ، والتي تستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا ، على وجه الخصوص ، في تقطير المنتجات البترولية.

الحرارة الكامنة للتبخير هي الكميةالحرارة اللازمة لتحويل كمية محددة متساوي الحرارة من السائل إلى بخار ، إذا كان الضغط الخارجي هو نفسه ضغط البخار المشبع.

خصائص الأغشية السائلة

نعلم جميعًا كيفية الحصول على الرغوة ،إذابة الصابون في الماء. هذا ليس أكثر من عدد كبير من الفقاعات ، التي يحدها أنحف فيلم يتكون من سائل. ومع ذلك ، يمكن أيضًا الحصول على فيلم منفصل من السائل الرغوي. خصائصه مثيرة جدا للاهتمام. يمكن أن تكون هذه الأغشية رفيعة جدًا: لا يتجاوز سمكها في الأجزاء الرفيعة مائة ألف من المليمتر. ومع ذلك ، فهي في بعض الأحيان مستقرة للغاية على الرغم من هذا. يمكن أن يتشوه فيلم الصابون ويمتد ، ويمكن لتيار من الماء أن يمر عبره دون إتلافه. كيف يمكن تفسير هذا الاستقرار؟ لكي يظهر الفيلم ، من الضروري إضافة المواد التي تذوب فيه إلى السائل النظيف. لكن ليس أي منها ، ولكن تلك التي تقلل التوتر السطحي بشكل ملحوظ.

الأفلام السائلة في الطبيعة والتكنولوجيا

في التكنولوجيا والطبيعة ، نلتقي الرئيسيليس مع الأفلام الفردية ، ولكن مع الرغوة ، وهي مزيج منها. يمكن رؤيته غالبًا في الجداول ، حيث تسقط الجداول الصغيرة في المياه الهادئة. ترتبط قدرة الماء على تكوين رغوة في هذه الحالة بوجود مادة عضوية فيه تفرزها جذور النباتات. هذا مثال على كيفية رغوة السوائل الطبيعية. لكن ماذا عن التكنولوجيا؟ أثناء البناء ، على سبيل المثال ، يتم استخدام مواد خاصة لها بنية خلوية تشبه الرغوة. فهي خفيفة الوزن ورخيصة وقوية بما فيه الكفاية وتصدر صوتًا وحرارة رديئة. للحصول عليها ، يتم إضافة المواد التي تعزز الرغوة إلى المحاليل الخاصة.

استنتاج

لذلك ، اكتشفنا المواد التي تنتمي إليهاالسائل ، اكتشفوا أن السائل هو حالة وسيطة للمادة بين الغازية والصلبة. لذلك ، لها خصائص مميزة لكليهما. تعتبر البلورات السائلة المستخدمة على نطاق واسع في التكنولوجيا والصناعة اليوم (على سبيل المثال ، شاشات الكريستال السائل) مثالًا رئيسيًا على حالة المادة هذه. يجمعون بين خصائص المواد الصلبة والسوائل. من الصعب تخيل المواد السائلة التي سيبتكرها العلم في المستقبل. ومع ذلك ، فمن الواضح أنه في هذه الحالة هناك إمكانات كبيرة يمكن استخدامها لصالح البشرية.

اهتمام خاص بالنظر في الفيزياء الكيميائيةالعمليات التي تحدث في حالة سائلة ترجع إلى حقيقة أن الشخص نفسه يتكون من 90 ٪ من الماء ، وهو أكثر السوائل شيوعًا على وجه الأرض. حيث تتم جميع العمليات الحيوية في كل من عالم النبات والحيوان. لذلك ، من المهم لنا جميعًا دراسة الحالة السائلة للمادة.