U svakodnevnom životu stalno se suočavamo stri agregatna stanja - tekuće, plinovito i čvrsto. Imamo prilično jasnu ideju o tome što su krute tvari i plinovi. Plin je skup molekula koje se nasumično kreću u svim smjerovima. Sve molekule čvrste tvari zadržavaju svoj relativni položaj. Oni prave samo male fluktuacije.
Značajke tekuće tvari
A što su tekuće tvari?Njihova glavna značajka je da, zauzimajući međupoložaj između kristala i plinova, kombiniraju određena svojstva ova dva stanja. Na primjer, za tekućine, kao i za čvrsta (kristalna) tijela, prisutnost volumena je inherentna. Međutim, u isto vrijeme, tekuće tvari, poput plinova, poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Mnogi od nas vjeruju da nemaju svoj oblik. Međutim, nije. Prirodni oblik svake tekućine je lopta. Gravitacija ga obično sprječava da poprimi ovaj oblik, pa tekućina ili poprima oblik posude ili se širi po površini u tankom sloju.
Prema svojim svojstvima, tekuće stanje tvariposebno teško zbog svog srednjeg položaja. Počeo se proučavati još od vremena Arhimeda (prije 2200 godina). Međutim, analiza ponašanja tekućih molekula i dalje je jedno od najtežih područja primijenjene znanosti. Još uvijek ne postoji općeprihvaćena i potpuno cjelovita teorija tekućina. Međutim, o njihovom ponašanju možemo reći nešto sasvim sigurno.
Ponašanje molekula u tekućini
Tekućina je nešto što može teći.Redoslijed kratkog dometa promatra se u rasporedu njegovih čestica. To znači da je raspored najbližih susjeda u odnosu na bilo koju česticu uređen. Međutim, kako se ona udaljava od drugih, njezina pozicija u odnosu na njih postaje sve manje uređena, a onda taj red posve nestaje. Tekućine se sastoje od molekula koje se kreću mnogo slobodnije nego u krutim tvarima (a još slobodnije u plinovima). Određeno vrijeme svaki od njih juri u jednom smjeru, pa u drugom, ne odmičući se od svojih susjeda. Međutim, molekula tekućine s vremena na vrijeme izbije iz okoline. Nalazi se na novom, seli se na drugo mjesto. Ovdje opet, određeno vrijeme, čini oscilirajuće pokrete.
Doprinos Ya. I. Frenkela proučavanju tekućina
JA I.Frenkel, sovjetski znanstvenik, zaslužan je za razvoj niza problema na temu kao što su tekuće tvari. Kemija je napravila velike korake naprijed zahvaljujući njegovim otkrićima. Smatrao je da toplinsko gibanje u tekućinama ima sljedeći karakter. Određeno vrijeme svaka molekula vibrira oko ravnotežnog položaja. Međutim, s vremena na vrijeme mijenja svoje mjesto, naglo se pomičući u novi položaj, koji je na udaljenosti od prethodne koja je približno veličine same ove molekule. Drugim riječima, molekule se kreću unutar tekućine, ali sporo. Dio vremena borave u blizini određenih mjesta. Posljedično, njihovo kretanje je nešto poput mješavine gibanja u plinu i u krutom tijelu. Oscilacije na jednom mjestu nakon nekog vremena zamjenjuju se slobodnim prijelazom s mjesta na mjesto.
Pritisak tekućine
Poznata su nam neka svojstva tekuće tvari.zahvaljujući stalnoj interakciji s njima. Dakle, iz iskustva svakodnevnog života znamo da na površinu čvrstih tijela koja s njom dolaze u dodir, djeluje određenim silama. Zovu se sile pritiska tekućine.
Na primjer, otvaranje otvora za slavinutapkamo prstom i uključimo vodu, osjećamo kako ona pritišće prst. A plivač koji zaroni na velike dubine ne osjeća slučajno bol u ušima. Objašnjava se činjenicom da sile pritiska djeluju na bubnjić uha. Voda je tekuća tvar, tako da ima sva svoja svojstva. Kako bi se izmjerila temperatura vode na dubini mora, treba koristiti vrlo jake termometre da se ne mogu zgnječiti pod pritiskom tekućine.
Ovaj pritisak nastaje zbog kompresije, t.j.promjena volumena tekućine. Ona posjeduje elastičnost u odnosu na ovu promjenu. Sile pritiska su sile elastičnosti. Stoga, ako tekućina djeluje na tijela koja su s njom u dodiru, tada se ona komprimira. Budući da se gustoća tvari povećava tijekom kompresije, može se pretpostaviti da tekućine imaju elastičnost u odnosu na promjene gustoće.
Isparavanje
Nastavljajući razmatrati svojstva tekućinetvari, prelazimo na isparavanje. U blizini njegove površine, kao i izravno u površinskom sloju, postoje sile koje osiguravaju samo postojanje ovog sloja. Ne dopuštaju molekulama u njemu da napuste volumen tekućine. Međutim, neki od njih, zbog toplinskog kretanja, razvijaju prilično velike brzine, uz pomoć kojih postaje moguće prevladati te sile i ostaviti tekućinu. Ovu pojavu nazivamo isparavanjem. Može se promatrati na bilo kojoj temperaturi zraka, međutim, s njegovim povećanjem, brzina isparavanja se povećava.
Kondenzacija
Ako se odstrane molekule koje su napustile tekućinuprostor koji se nalazi blizu njegove površine, onda sve to, na kraju, ispari. Ako se molekule koje su ga napustile ne uklone, tvore paru. Molekule pare zarobljene u području blizu površine tekućine uvlače se u njega silama privlačenja. Taj se proces naziva kondenzacija.
Stoga, ako se molekule ne uklone, sbrzina isparavanja opada s vremenom. Ako se gustoća pare dalje povećava, dolazi se do situacije u kojoj će broj molekula koje napuštaju tekućinu u određenom vremenu biti jednak broju molekula koje se u nju vraćaju za isto vrijeme. Tako nastaje stanje dinamičke ravnoteže. Para u njemu naziva se zasićena. Njegov tlak i gustoća rastu s porastom temperature. Što je veći, to veći broj molekula tekućine ima dovoljno energije za isparavanje i gustoća pare mora biti veća da bi kondenzacija bila jednaka isparavanju.
Ključanje
Kada je u procesu zagrijavanja tekućih tvaridostigne se temperatura pri kojoj zasićene pare imaju isti tlak kao i vanjski okoliš, uspostavlja se ravnoteža između zasićene pare i tekućine. Ako tekućina daje dodatnu količinu topline, odgovarajuća masa tekućine odmah se pretvara u paru. Taj se proces naziva vrenje.
Vrenje je intenzivno isparavanjetekućine. Pojavljuje se ne samo s površine, već se odnosi na cijeli njezin volumen. Unutar tekućine pojavljuju se mjehurići pare. Da bi se iz tekućine pretvorile u paru, molekule trebaju dobiti energiju. Potrebno je prevladati sile privlačnosti, zahvaljujući kojima se drže u tekućini.
Temperatura vrenja
Točka vrelišta je ona na kojojpostoji jednakost dvaju tlaka – vanjskog i zasićenog para. Povećava se s povećanjem tlaka, a smanjuje se s smanjenjem tlaka. Zbog činjenice da se tlak u tekućini mijenja s visinom stupca, vrenje se u njemu događa na različitim razinama pri različitim temperaturama. Samo zasićena para koja se tijekom procesa vrenja nalazi iznad površine tekućine ima određenu temperaturu. Određuje ga samo vanjski pritisak. To je ono što mislimo kada govorimo o točki ključanja. Razlikuje se u različitim tekućinama, što se naširoko koristi u tehnologiji, posebice u destilaciji naftnih derivata.
Latentna toplina isparavanja je količinatoplina potrebna za pretvaranje izotermno definirane količine tekućine u paru, ako je vanjski tlak isti kao tlak zasićene pare.
Svojstva tekućih filmova
Svi znamo kako dobiti pjenu,otapanje sapuna u vodi. Ovo nije ništa više od mnoštva mjehurića, koji su ograničeni najtanjim filmom koji se sastoji od tekućine. Međutim, od pjenaste tekućine može se dobiti i zaseban film. Njegova svojstva su vrlo zanimljiva. Ovi filmovi mogu biti vrlo tanki: njihova debljina u najtanjim dijelovima ne prelazi stotinu tisućinke milimetra. Međutim, unatoč tome ponekad su vrlo stabilni. Sapunski film se može deformirati i rastegnuti, a mlaz vode može proći kroz njega, a da ga ne uništi. Kako objašnjavate tu stabilnost? Da bi se pojavio film, potrebno je u čistu tekućinu dodati tvari koje se u njemu otapaju. Ali ne bilo koje, nego one koje značajno snižavaju površinsku napetost.
Tekući filmovi u prirodi i tehnologiji
U tehnologiji i prirodi susrećemo glavnene s pojedinačnim filmovima, nego s pjenom, koja je njihova kombinacija. Često se može vidjeti u potocima, gdje mali potoci padaju u mirnu vodu. Sposobnost vode da se pjeni u ovom slučaju povezana je s prisutnošću organske tvari u njoj, koju izlučuje korijenje biljaka. Ovo je primjer kako se prirodne tekućine pjene. Ali što je s tehnologijom? Tijekom izgradnje, na primjer, koriste se posebni materijali koji imaju staničnu strukturu koja podsjeća na pjenu. Lagani su, jeftini, dovoljno jaki i slabo provode zvuk i toplinu. Za njihovo dobivanje posebne otopine se dodaju tvari koje potiču pjenjenje.
zaključak
Dakle, saznali smo koje tvari pripadajutekućina, otkrili su da je tekućina srednje stanje tvari između plinovitog i krutog. Stoga ima svojstva karakteristična za oboje. Tekući kristali koji se danas naširoko koriste u tehnologiji i industriji (na primjer, zasloni s tekućim kristalima) najbolji su primjer ovog stanja materije. Kombiniraju svojstva krutih tvari i tekućina. Teško je zamisliti kakve će tekuće tvari izumiti znanost u budućnosti. Međutim, jasno je da u ovakvom stanju materije postoji veliki potencijal koji se može iskoristiti za dobrobit čovječanstva.
Poseban interes za razmatranje fizikalno-kemijskihprocesi koji se odvijaju u tekućem stanju posljedica su činjenice da se sama osoba sastoji od 90% vode, koja je najčešća tekućina na Zemlji. U njemu se odvijaju svi vitalni procesi i u biljnom i u životinjskom svijetu. Stoga je za sve nas važno proučavati tekuće stanje tvari.
