En la vida cotidiana, nos enfrentamos constantemente atres estados de la materia: líquido, gaseoso y sólido. Tenemos una idea bastante clara de lo que son los sólidos y los gases. El gas es una colección de moléculas que se mueven aleatoriamente en todas direcciones. Todas las moléculas de un sólido conservan su posición relativa. Solo hacen fluctuaciones menores.
Características de una sustancia líquida.
¿Y qué son las sustancias líquidas?Su principal característica es que, al ocupar una posición intermedia entre cristales y gases, combinan ciertas propiedades de estos dos estados. Por ejemplo, para los líquidos, así como para los cuerpos sólidos (cristalinos), la presencia de volumen es inherente. Sin embargo, al mismo tiempo, las sustancias líquidas, como los gases, toman la forma de un recipiente en el que se encuentran. Muchos de nosotros creemos que no tienen su propia forma. Sin embargo, no lo es. La forma natural de cualquier líquido es una bola. La gravedad generalmente evita que adopte esta forma, por lo que el líquido toma la forma de un recipiente o se extiende sobre la superficie en una capa delgada.
Según sus propiedades, el estado líquido de la materiaespecialmente difícil debido a su posición intermedia. Comenzó a estudiarse desde la época de Arquímedes (hace 2200 años). Sin embargo, analizar cómo se comportan las moléculas líquidas sigue siendo una de las áreas más difíciles de la ciencia aplicada. Todavía no existe una teoría de los líquidos generalmente aceptada y completamente completa. Sin embargo, podemos decir algo sobre su comportamiento con bastante seguridad.
Comportamiento de moléculas en un líquido.
El líquido es algo que puede fluir.El orden de corto alcance se observa en la disposición de sus partículas. Esto significa que la ubicación de los vecinos más cercanos a él, en relación con cualquier partícula, está ordenada. Sin embargo, a medida que se aleja de los demás, su posición en relación con ellos se vuelve cada vez menos ordenada, y luego el orden desaparece por completo. Los líquidos están formados por moléculas que se mueven mucho más libremente que los sólidos (e incluso más libres en los gases). Durante cierto tiempo, cada uno de ellos se apresura en una dirección, luego en otra, sin alejarse de sus vecinos. Sin embargo, una molécula de un líquido se escapa del medio ambiente de vez en cuando. Se encuentra en un nuevo lugar, mudándose a otro lugar. Aquí nuevamente, durante un cierto período de tiempo, realiza movimientos oscilantes.
La contribución de Ya. I. Frenkel al estudio de los líquidos
YO Y.Frenkel, un científico soviético, es en gran parte responsable del desarrollo de una serie de problemas sobre un tema como las sustancias líquidas. La química ha avanzado mucho gracias a sus descubrimientos. Creía que el movimiento térmico en los líquidos tiene el siguiente carácter. Durante cierto tiempo, cada molécula vibra alrededor de una posición de equilibrio. Sin embargo, cambia de lugar de vez en cuando, moviéndose bruscamente a una nueva posición, que se encuentra a una distancia de la anterior que tiene aproximadamente el tamaño de esta molécula. En otras palabras, las moléculas se mueven dentro de un líquido, pero lentamente. Parte del tiempo permanecen cerca de ciertos lugares. En consecuencia, su movimiento es algo así como una mezcla de movimientos realizados en un gas y en un sólido. Las oscilaciones en un lugar después de un tiempo son reemplazadas por una transición libre de un lugar a otro.
Presión de fluido
Conocemos algunas de las propiedades de una sustancia líquida.gracias a la interacción constante con ellos. Entonces, por la experiencia de la vida cotidiana, sabemos que actúa sobre la superficie de los sólidos que entran en contacto con ella, con determinadas fuerzas. Se denominan fuerzas de presión de fluido.
Por ejemplo, abrir el orificio del grifotoque con un dedo y abriendo el agua, sentimos como presiona el dedo. Y no es casualidad que un nadador que se sumerge a grandes profundidades experimente dolor en los oídos. Se explica por el hecho de que las fuerzas de presión actúan sobre el tímpano del oído. El agua es una sustancia líquida, por lo tanto tiene todas sus propiedades. Para medir la temperatura del agua a la profundidad del mar, deben usarse termómetros muy duraderos para que no puedan ser aplastados por la presión del líquido.
Esta presión se debe a la compresión, es decirun cambio en el volumen de líquido. Posee elasticidad en relación a este cambio. Las fuerzas de presión son las fuerzas de elasticidad. Por tanto, si un líquido actúa sobre los cuerpos en contacto con él, significa que está comprimido. Dado que la densidad de una sustancia aumenta durante la compresión, se puede suponer que los líquidos tienen elasticidad con respecto a los cambios de densidad.
Evaporación
Continuar considerando las propiedades del líquido.sustancias, procedemos a la evaporación. Cerca de su superficie, así como directamente en la capa superficial, existen fuerzas que aseguran la existencia misma de esta capa. No permiten que las moléculas que contiene abandonen el volumen del líquido. Sin embargo, algunos de ellos, debido al movimiento térmico, desarrollan velocidades bastante altas, con la ayuda de las cuales es posible superar estas fuerzas y dejar el líquido. A este fenómeno lo llamamos evaporación. Se puede observar a cualquier temperatura del aire, sin embargo, con su aumento, aumenta la tasa de evaporación.
Condensación
Si las moléculas que han dejado el líquido se eliminan deespacio ubicado cerca de su superficie, luego todo, al final, se evapora. Si las moléculas que lo han dejado no se eliminan, forman un vapor. Las moléculas de vapor atrapadas en una región cerca de la superficie del líquido son atraídas por las fuerzas de atracción. Este proceso se llama condensación.
Por lo tanto, si las moléculas no se eliminan, conla tasa de evaporación disminuye con el tiempo. Si la densidad del vapor aumenta aún más, se llega a una situación en la que el número de moléculas que salen del líquido en un tiempo determinado será igual al número de moléculas que regresan a él durante el mismo tiempo. Así es como surge un estado de equilibrio dinámico. El vapor que contiene se llama saturado. Su presión y densidad aumentan con el aumento de temperatura. Cuanto mayor es, mayor es el número de moléculas de líquido que tienen suficiente energía para la evaporación y mayor debe ser la densidad del vapor para que la condensación sea igual a la evaporación.
Hirviendo
Cuando en el proceso de calentamiento de sustancias líquidas.se alcanza una temperatura en la que los vapores saturados tienen la misma presión que el ambiente externo, se establece un equilibrio entre el vapor saturado y el líquido. Si el líquido imparte una cantidad adicional de calor, la masa correspondiente de líquido se convierte inmediatamente en vapor. Este proceso se llama hervir.
Hervir es evaporación intensalíquidos. Ocurre no solo en la superficie, sino que afecta a todo su volumen. Aparecen burbujas de vapor dentro del líquido. Para transformarse en vapor a partir de un líquido, las moléculas necesitan adquirir energía. Es necesario superar las fuerzas de atracción, gracias a las cuales se mantienen en el líquido.
Temperatura de ebullición
El punto de ebullición es aquel en el quehay una igualdad de dos presiones: vapores externos y saturados. Aumenta al aumentar la presión y disminuye al disminuir la presión. Debido al hecho de que la presión en el líquido cambia con la altura de la columna, la ebullición se produce a diferentes niveles a diferentes temperaturas. Solo el vapor saturado que se encuentra sobre la superficie del líquido durante el proceso de ebullición tiene una cierta temperatura. Está determinado solo por la presión externa. A esto es a lo que nos referimos cuando hablamos del punto de ebullición. Se diferencia en diferentes líquidos, que es ampliamente utilizado en tecnología, en particular, en la destilación de productos petrolíferos.
El calor latente de vaporización es la cantidadcalor requerido para convertir una cantidad de líquido definida isotérmicamente en vapor, si la presión externa es la misma que la presión de vapor saturado.
Propiedades de las películas líquidas
Todos sabemos cómo hacer espumadisolver el jabón en agua. Esto no es más que una multitud de burbujas, que están limitadas por la película más delgada que consiste en líquido. Sin embargo, también se puede obtener una película separada del líquido espumoso. Sus propiedades son muy interesantes. Estas películas pueden ser muy delgadas: su espesor en las partes más delgadas no supera la cien milésima de milímetro. Sin embargo, a veces son muy estables a pesar de esto. La película de jabón se puede deformar y estirar, y un chorro de agua puede pasar a través de ella sin destruirla. ¿Cómo se puede explicar tal estabilidad? Para que aparezca una película, es necesario agregar sustancias que se disuelvan en ella al líquido limpio. Pero no a ninguno, sino a los que bajan sensiblemente la tensión superficial.
Películas líquidas en la naturaleza y la tecnología.
En tecnología y naturaleza, nos encontramos con las principalesno con películas individuales, sino con espuma, que es una combinación de ellas. A menudo se puede observar en arroyos, donde pequeños arroyos caen en aguas tranquilas. La capacidad del agua para formar espuma en este caso está asociada con la presencia de materia orgánica en ella, que es secretada por las raíces de las plantas. Este es un ejemplo de cómo espuman los líquidos naturales. Pero ¿qué pasa con la tecnología? Durante la construcción, por ejemplo, se utilizan materiales especiales que tienen una estructura celular que se asemeja a la espuma. Son livianos, baratos, lo suficientemente fuertes, conducen mal los sonidos y el calor. Para obtenerlos, se añaden a soluciones especiales sustancias que favorecen la formación de espuma.
Conclusión
Entonces, descubrimos a qué sustancias pertenecenlíquido, descubrieron que el líquido es un estado intermedio de la materia entre gaseoso y sólido. Por tanto, tiene propiedades características de ambos. Los cristales líquidos que se utilizan ampliamente hoy en día en la tecnología y la industria (por ejemplo, pantallas de cristal líquido) son un excelente ejemplo de este estado de la materia. Combinan las propiedades de sólidos y líquidos. Es difícil imaginar qué sustancias líquidas inventará la ciencia en el futuro. Sin embargo, está claro que en este estado de la materia existe un gran potencial que puede ser utilizado en beneficio de la humanidad.
Particular interés en la consideración de fisicoquímicosLos procesos que ocurren en estado líquido se deben al hecho de que una persona misma está compuesta por un 90% de agua, que es el líquido más común en la Tierra. En él tienen lugar todos los procesos vitales tanto en el mundo vegetal como en el animal. Por tanto, es importante que todos estudiemos el estado líquido de la materia.
