În viața de zi cu zi, ne confruntăm constant cutrei stări ale materiei - lichidă, gazoasă și solidă. Avem o idee destul de clară despre ce sunt solidele și gazele. Gazul este o colecție de molecule care se mișcă aleatoriu în toate direcțiile. Toate moleculele unui solid își păstrează poziția relativă. Ele fac doar fluctuații minore.
Caracteristicile unei substanțe lichide
Și ce sunt substanțele lichide?Caracteristica lor principală este că, ocupând o poziție intermediară între cristale și gaze, combină anumite proprietăți ale acestor două stări. De exemplu, pentru lichide, precum și pentru corpurile solide (cristaline), prezența volumului este inerentă. Totuși, în același timp, substanțele lichide, precum gazele, iau forma unui vas în care se află. Mulți dintre noi cred că nu au propria lor formă. Cu toate acestea, nu este. Forma naturală a oricărui lichid este o minge. Gravitația îl împiedică de obicei să-și asume această formă, astfel încât lichidul fie ia forma unui vas, fie se răspândește pe suprafață într-un strat subțire.
După proprietățile sale, starea lichidă a materieieste deosebit de dificilă datorită poziţiei sale intermediare. A început să fie studiat încă de pe vremea lui Arhimede (acum 2200 de ani). Cu toate acestea, analizarea modului în care se comportă moleculele lichide este încă una dintre cele mai dificile domenii ale științei aplicate. Nu există încă o teorie general acceptată și complet completă a lichidelor. Cu toate acestea, putem spune ceva despre comportamentul lor cu siguranță.
Comportarea moleculelor într-un lichid
Lichidul este ceva care poate curge.Ordinea de rază scurtă este observată în aranjarea particulelor sale. Aceasta înseamnă că aranjarea vecinilor cele mai apropiate de acesta în raport cu orice particule este ordonată. Cu toate acestea, pe măsură ce se îndepărtează de ceilalți, poziția ei în raport cu aceștia devine din ce în ce mai puțin ordonată, iar apoi ordinea dispare cu totul. Lichidele sunt formate din molecule care se mișcă mult mai liber decât în solide (și chiar mai libere în gaze). Pentru un anumit timp, fiecare dintre ei se repezi într-o direcție, apoi în alta, fără a se îndepărta de vecini. Cu toate acestea, molecula lichidă iese din mediu din când în când. Ea se trezește într-un loc nou, mutându-se în alt loc. Din nou, pentru o anumită perioadă de timp, face mișcări oscilante.
Contribuția lui Ya. I. Frenkel la studiul lichidelor
EU SI.Frenkel, un om de știință sovietic, este creditat cu dezvoltarea unui număr de probleme pe un subiect precum substanțele lichide. Chimia a făcut pași mari înainte datorită descoperirilor sale. El credea că mișcarea termică în lichide are următorul caracter. Pentru un anumit timp, fiecare moleculă vibrează în jurul unei poziții de echilibru. Totuși, își schimbă locul din când în când, trecând brusc într-o poziție nouă, care se află la o distanță de cea anterioară care este aproximativ de dimensiunea acestei molecule în sine. Cu alte cuvinte, moleculele se deplasează în interiorul unui lichid, dar încet. O parte din timp stau în apropierea anumitor locuri. În consecință, mișcarea lor este ceva ca un amestec de mișcări efectuate într-un gaz și într-un solid. Oscilațiile într-un loc după un timp sunt înlocuite cu o tranziție liberă de la loc la loc.
Presiunea fluidului
Cunoaștem unele dintre proprietățile unei substanțe lichide.datorită interacțiunii constante cu ei. Deci, din experiența vieții de zi cu zi, știm că acţionează la suprafaţa solidelor care vin în contact cu ea, cu anumite forţe. Ele se numesc forțe de presiune a fluidului.
De exemplu, deschiderea orificiului de robinetbatem cu degetul si dand apa, simtim cum apasa pe deget. Și nu întâmplător un înotător care se scufundă la adâncimi mari simte dureri în urechi. Se explică prin faptul că forțele de presiune acționează asupra timpanului urechii. Apa este o substanță lichidă, deci are toate proprietățile sale. Pentru a măsura temperatura apei la adâncimea mării, trebuie folosite termometre foarte puternice, astfel încât să nu fie zdrobite de presiunea lichidului.
Această presiune se datorează compresiei, adică.o modificare a volumului de lichid. Ea posedă elasticitate în raport cu această schimbare. Forțele de presiune sunt forțele de elasticitate. Prin urmare, dacă un lichid acționează asupra corpurilor în contact cu acesta, înseamnă că este comprimat. Deoarece densitatea unei substanțe crește în timpul compresiei, se poate presupune că lichidele au elasticitate în raport cu modificările densității.
Evaporare
Continuând să luăm în considerare proprietățile lichiduluisubstanțe, trecem la evaporare. În apropierea suprafeței sale, precum și direct în stratul de suprafață, există forțe care asigură însăși existența acestui strat. Ele nu permit moleculelor din el să părăsească volumul lichidului. Cu toate acestea, unele dintre ele, datorită mișcării termice, dezvoltă viteze destul de mari, cu ajutorul cărora devine posibilă depășirea acestor forțe și părăsirea lichidului. Numim acest fenomen evaporare. Poate fi observată la orice temperatură a aerului, totuși, odată cu creșterea sa, viteza de evaporare crește.
Condensare
Dacă moleculele care au părăsit lichidul sunt îndepărtate dinspatiul situat langa suprafata lui, apoi tot, in final, se evapora. Dacă moleculele care l-au lăsat nu sunt îndepărtate, ele formează vapori. Moleculele de vapori prinse într-o regiune din apropierea suprafeței lichidului sunt atrase în ea de forțele de atracție. Acest proces se numește condensare.
Prin urmare, dacă moleculele nu sunt îndepărtate, cuviteza de evaporare scade cu timpul. Dacă densitatea vaporilor crește în continuare, se ajunge la o situație în care numărul de molecule care părăsesc lichidul într-un anumit timp va fi egal cu numărul de molecule care revin la acesta în același timp. Așa apare o stare de echilibru dinamic. Aburul din el se numește saturat. Presiunea și densitatea acestuia cresc odată cu creșterea temperaturii. Cu cât este mai mare, cu atât numărul de molecule lichide are suficientă energie pentru evaporare și cu atât densitatea vaporilor trebuie să fie mai mare pentru ca condensarea să egaleze evaporarea.
Fierbere
Când se află în procesul de încălzire a substanțelor lichidese atinge o temperatura la care vaporii saturati au aceeasi presiune ca mediul extern, se stabileste un echilibru intre vapori saturati si lichid. Dacă lichidul oferă o cantitate suplimentară de căldură, masa corespunzătoare de lichid este imediat convertită în vapori. Acest proces se numește fierbere.
Fierberea este o evaporare intensălichide. Apare nu numai de la suprafață, ci se referă la întregul său volum. În interiorul lichidului apar bule de abur. Pentru a se transforma în vapori dintr-un lichid, moleculele trebuie să dobândească energie. Este necesar pentru a depăși forțele de atracție, datorită cărora acestea sunt ținute în lichid.
Temperatura de fierbere
Punctul de fierbere este cel la careexistă o egalitate a două presiuni - vapori externi și saturați. Crește odată cu creșterea presiunii și scade odată cu scăderea presiunii. Datorită faptului că presiunea din lichid se modifică odată cu înălțimea coloanei, fierberea în acesta are loc la diferite niveluri la diferite temperaturi. Doar vaporii saturați care se află deasupra suprafeței lichidului în timpul procesului de fierbere au o anumită temperatură. Este determinată numai de presiunea externă. La asta ne referim când vorbim despre punctul de fierbere. Diferă în diferite lichide, care este utilizat pe scară largă în tehnologie, în special în distilarea produselor petroliere.
Căldura latentă de vaporizare este cantitateacăldura necesară pentru a converti o cantitate definită izotermic de lichid în abur, dacă presiunea externă este aceeași cu presiunea vaporilor saturați.
Proprietățile peliculelor lichide
Știm cu toții cum să obținem spumă,dizolvarea săpunului în apă. Aceasta nu este altceva decât o multitudine de bule, care sunt limitate de cea mai subțire peliculă constând din lichid. Cu toate acestea, se poate obține și o peliculă separată din lichidul spumos. Proprietățile sale sunt foarte interesante. Aceste filme pot fi foarte subțiri: grosimea lor în părțile cele mai subțiri nu depășește o sută de miimi de milimetru. Cu toate acestea, ele sunt uneori foarte stabile în ciuda acestui fapt. Pelicula de săpun poate fi deformată și întinsă, iar un curent de apă poate trece prin ea fără a o distruge. Cum explicați această stabilitate? Pentru ca un film să apară, este necesar să adăugați la lichidul curat substanțe care se dizolvă în el. Dar nu oricare, ci cele care scad semnificativ tensiunea superficială.
Filme lichide în natură și tehnologie
În tehnologie și natură, întâlnim principalulnu cu filme individuale, ci cu spumă, care este o combinație a acestora. Poate fi văzut adesea în pâraie, unde mici pâraie cad în apa calmă. Capacitatea apei de a spuma în acest caz este asociată cu prezența materiei organice în ea, care este secretată de rădăcinile plantelor. Acesta este un exemplu al modului în care lichidele naturale spumează. Dar ce zici de tehnologie? În timpul construcției, de exemplu, se folosesc materiale speciale care au o structură celulară care seamănă cu spuma. Sunt ușoare, ieftine, suficient de puternice, conduc prost sunetele și căldura. Pentru a le obține, la soluțiile speciale se adaugă substanțe care favorizează spumarea.
concluzie
Așadar, am aflat căror substanțe aparținlichid, au aflat că lichidul este o stare intermediară a materiei între gazos și solid. Prin urmare, are proprietăți caracteristice ambelor. Cristalele lichide care sunt utilizate pe scară largă astăzi în tehnologie și industrie (de exemplu, afișajele cu cristale lichide) sunt un prim exemplu al acestei stări a materiei. Ele combină proprietățile solidelor și lichidelor. Este greu de imaginat ce substanțe lichide vor fi inventate de știință în viitor. Cu toate acestea, este clar că în această stare a materiei există un mare potențial care poate fi folosit în beneficiul umanității.
Interes deosebit în luarea în considerare a fizico-chimiceprocesele care au loc în stare lichidă se datorează faptului că o persoană însuși este formată din 90% apă, care este cel mai comun lichid de pe Pământ. În ea au loc toate procesele vitale atât în lumea vegetală, cât și în cea animală. Prin urmare, este important pentru noi toți să studiem starea lichidă a materiei.
