สารเหลวและคุณสมบัติ สถานะของเหลวของสสาร

ในชีวิตประจำวันเรามักจะเผชิญกับสามสถานะของสสาร - ของเหลวก๊าซและของแข็ง เรามีแนวคิดที่ค่อนข้างชัดเจนว่าของแข็งและก๊าซคืออะไร แก๊สคือกลุ่มของโมเลกุลที่เคลื่อนที่แบบสุ่มในทุกทิศทาง โมเลกุลทั้งหมดของของแข็งยังคงตำแหน่งสัมพัทธ์ พวกเขาสร้างความผันผวนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

คุณสมบัติของสารเหลว

และสารเหลวคืออะไร?คุณสมบัติหลักของพวกเขาคือการครอบครองตำแหน่งกลางระหว่างคริสตัลและก๊าซ พวกมันรวมคุณสมบัติบางอย่างของสองสถานะนี้ ตัวอย่างเช่น สำหรับของเหลว เช่นเดียวกับวัตถุที่เป็นของแข็ง (ผลึก) การมีอยู่ของปริมาตรนั้นมีอยู่โดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ในขณะเดียวกัน สารเหลว เช่น ก๊าซ จะอยู่ในรูปของภาชนะที่พวกมันตั้งอยู่ พวกเราหลายคนเชื่อว่าพวกเขาไม่มีรูปแบบของตัวเอง อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่ รูปแบบธรรมชาติของของเหลวใด ๆ คือลูกบอล แรงโน้มถ่วงมักจะป้องกันไม่ให้เกิดรูปร่างนี้ ดังนั้นของเหลวจึงมีรูปร่างเหมือนภาชนะหรือกระจายไปทั่วพื้นผิวในชั้นบางๆ

ตามคุณสมบัติของมัน สถานะของเหลวของสสารยากเป็นพิเศษเนื่องจากตำแหน่งตรงกลาง เริ่มมีการศึกษาตั้งแต่สมัยของอาร์คิมิดีส (2200 ปีก่อน) อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์พฤติกรรมของโมเลกุลของเหลวยังคงเป็นหนึ่งในส่วนที่ยากที่สุดของวิทยาศาสตร์ประยุกต์ ยังไม่มีทฤษฎีของเหลวที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปและสมบูรณ์อย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม เราสามารถพูดบางอย่างเกี่ยวกับพฤติกรรมของพวกเขาได้อย่างแน่นอน

พฤติกรรมของโมเลกุลในของเหลว

ของเหลวเป็นสิ่งที่สามารถไหลได้ลำดับระยะสั้นจะสังเกตได้ในการจัดเรียงอนุภาค ซึ่งหมายความว่ามีการจัดเรียงเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดซึ่งสัมพันธ์กับอนุภาคใด ๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อเธอเคลื่อนตัวออกจากผู้อื่น ตำแหน่งของเธอในความสัมพันธ์กับพวกเขานั้นจะมีระเบียบน้อยลงเรื่อยๆ และลำดับนั้นก็หายไปโดยสิ้นเชิง ของเหลวประกอบด้วยโมเลกุลที่เคลื่อนที่ได้อิสระมากกว่าในของแข็ง ในบางครั้งพวกเขาแต่ละคนก็รีบไปในทิศทางเดียวจากนั้นไปอีกทางหนึ่งไม่ขยับออกจากเพื่อนบ้าน อย่างไรก็ตาม โมเลกุลของของเหลวหนีออกจากสิ่งแวดล้อมเป็นครั้งคราว เธอพบว่าตัวเองอยู่ในที่ใหม่ ย้ายไปอยู่ที่อื่น ที่นี่อีกครั้งในช่วงระยะเวลาหนึ่ง มันทำให้การเคลื่อนไหวสั่น

การมีส่วนร่วมของ Ya. I. Frenkel ในการศึกษาของเหลว

ฉันและ.Frenkel นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต ส่วนใหญ่รับผิดชอบในการพัฒนาปัญหามากมายในหัวข้อเช่นสารเหลว เคมีก้าวหน้าไปมากด้วยการค้นพบของเขา เขาเชื่อว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในของเหลวมีลักษณะดังต่อไปนี้ ในช่วงเวลาหนึ่ง แต่ละโมเลกุลจะสั่นสะเทือนเกี่ยวกับตำแหน่งสมดุล อย่างไรก็ตามมันเปลี่ยนสถานที่เป็นครั้งคราวโดยเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งใหม่อย่างกะทันหันซึ่งอยู่ห่างจากตำแหน่งก่อนหน้าซึ่งมีขนาดประมาณของโมเลกุลนี้เอง กล่าวอีกนัยหนึ่งโมเลกุลเคลื่อนที่ภายในของเหลว แต่ช้า ส่วนหนึ่งจะอยู่ใกล้สถานที่บางแห่ง ดังนั้น การเคลื่อนที่ของพวกมันจึงเหมือนกับเป็นส่วนผสมของการเคลื่อนไหวที่ทำในแก๊สและของแข็ง การสั่นในที่เดียวหลังจากนั้นครู่หนึ่งจะถูกแทนที่ด้วยการเปลี่ยนอย่างอิสระจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

แรงดันของเหลว

เรารู้คุณสมบัติบางอย่างของสารเหลวต้องขอบคุณการมีปฏิสัมพันธ์กับพวกเขาอย่างต่อเนื่อง จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวัน เรารู้ว่ามันทำหน้าที่บนพื้นผิวของของแข็งที่สัมผัสกับมัน ด้วยแรงบางอย่าง เรียกว่าแรงดันของเหลว

เช่น การเปิดรูต๊าปแตะด้วยนิ้วแล้วเปิดน้ำเรารู้สึกว่ามันกดที่นิ้ว และไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่นักว่ายน้ำที่ดำดิ่งลงไปลึกมากจะประสบกับความเจ็บปวดในหูของเขา มันถูกอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าแรงกดกระทำต่อแก้วหูของหู น้ำเป็นสารของเหลวจึงมีคุณสมบัติทั้งหมด ในการวัดอุณหภูมิของน้ำที่ระดับความลึกของทะเล ควรใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบแรงมากเพื่อไม่ให้ถูกแรงดันของของเหลวบดขยี้

ความกดดันนี้เกิดจากการบีบอัดเช่นการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของของไหล เธอมีความยืดหยุ่นที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงนี้ แรงกดคือแรงยืดหยุ่น ดังนั้น หากของเหลวสัมผัสกับร่างกาย แสดงว่าถูกบีบอัด เนื่องจากความหนาแน่นของสารเพิ่มขึ้นในระหว่างการอัด จึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าของเหลวมีความยืดหยุ่นตามการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่น

การระเหย

พิจารณาคุณสมบัติของของเหลวต่อไปสารเราดำเนินการระเหย ใกล้พื้นผิวของมัน เช่นเดียวกับในชั้นผิวโดยตรง มีแรงที่ทำให้ชั้นนี้มีอยู่จริง พวกเขาไม่อนุญาตให้โมเลกุลในนั้นออกจากปริมาตรของของเหลว อย่างไรก็ตามบางส่วนของพวกเขาเนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนพัฒนาความเร็วค่อนข้างสูงด้วยความช่วยเหลือซึ่งจะสามารถเอาชนะกองกำลังเหล่านี้และปล่อยให้ของเหลว เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่าการระเหย สามารถสังเกตได้ที่อุณหภูมิใด ๆ ของอากาศ แต่เมื่อเพิ่มขึ้นความเข้มของการระเหยจะเพิ่มขึ้น

การควบแน่น

ถ้าเอาโมเลกุลที่หลงเหลือของเหลวออกจากอวกาศที่อยู่ใกล้ผิวน้ำ แล้วสุดท้ายก็ระเหยไปหมด ถ้าโมเลกุลที่ทิ้งไว้ไม่ถูกกำจัดออกไป ก็จะเกิดเป็นไอ โมเลกุลไอที่ติดอยู่ในบริเวณใกล้กับพื้นผิวของของเหลวจะถูกดูดเข้าไปโดยแรงดึงดูด กระบวนการนี้เรียกว่าการควบแน่น

ดังนั้นหากโมเลกุลไม่ถูกกำจัดออกด้วยอัตราการระเหยลดลงตามเวลา หากความหนาแน่นของไอเพิ่มขึ้นอีก จะถึงสถานการณ์ที่จำนวนโมเลกุลที่ออกจากของเหลวในช่วงเวลาหนึ่งจะเท่ากับจำนวนโมเลกุลที่กลับสู่สภาพเดิมในช่วงเวลาเดียวกัน นี่คือสภาวะสมดุลไดนามิกที่เกิดขึ้น ไอน้ำในนั้นเรียกว่าอิ่มตัว ความดันและความหนาแน่นเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ยิ่งมีมากเท่าใด จำนวนโมเลกุลของของเหลวก็จะยิ่งมีพลังงานเพียงพอสำหรับการระเหย และความหนาแน่นของไอจะต้องสูงขึ้นเพื่อให้การควบแน่นกลายเป็นการระเหยที่เท่ากัน

เดือด

เมื่ออยู่ในกระบวนการให้ความร้อนแก่สารของเหลวถึงอุณหภูมิที่ไออิ่มตัวมีความดันเท่ากับสภาพแวดล้อมภายนอก สมดุลถูกสร้างขึ้นระหว่างไออิ่มตัวและของเหลว หากของเหลวให้ความร้อนเพิ่มขึ้น มวลของของเหลวที่สอดคล้องกันจะถูกแปลงเป็นไอทันที กระบวนการนี้เรียกว่าการเดือด

การต้มคือการระเหยอย่างเข้มข้นของเหลว มันเกิดขึ้นไม่เพียง แต่จากพื้นผิว แต่ยังเกี่ยวข้องกับปริมาตรทั้งหมด ฟองไอน้ำปรากฏขึ้นภายในของเหลว เพื่อที่จะเปลี่ยนเป็นไอจากของเหลว โมเลกุลจำเป็นต้องได้รับพลังงาน มันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะเอาชนะแรงดึงดูดโดยที่พวกเขาถูกเก็บไว้ในของเหลว

อุณหภูมิเดือด

จุดเดือดอยู่ที่จุดนั้นมีความเท่าเทียมกันของแรงกดดันสองประการคือไอภายนอกและไออิ่มตัว จะเพิ่มขึ้นตามแรงกดที่เพิ่มขึ้นและลดลงตามแรงกดที่ลดลง เนื่องจากความดันในของเหลวเปลี่ยนแปลงไปตามความสูงของคอลัมน์ การเดือดจึงเกิดขึ้นที่ระดับต่างๆ ที่อุณหภูมิต่างกัน เฉพาะไออิ่มตัวที่อยู่เหนือพื้นผิวของของเหลวในระหว่างกระบวนการเดือดเท่านั้นที่มีอุณหภูมิที่แน่นอน ถูกกำหนดโดยแรงกดดันจากภายนอกเท่านั้น นี่คือสิ่งที่เราหมายถึงเมื่อเราพูดถึงจุดเดือด มันแตกต่างกันไปในของเหลวต่าง ๆ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยีโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกลั่นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม

ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอคือปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการแปลงปริมาณของเหลวที่กำหนดโดยไอโซเทอร์มอลให้เป็นไอน้ำ หากความดันภายนอกเท่ากับความดันไออิ่มตัว

คุณสมบัติของฟิล์มเหลว

เราทุกคนรู้วิธีรับโฟมละลายสบู่ในน้ำ นี่เป็นเพียงฟองอากาศจำนวนมากซึ่งถูกจำกัดด้วยฟิล์มที่บางที่สุดซึ่งประกอบด้วยของเหลว อย่างไรก็ตาม สามารถแยกฟิล์มออกจากของเหลวที่เป็นฟองได้ คุณสมบัติของมันน่าสนใจมาก ฟิล์มเหล่านี้บางมากได้: ความหนาในส่วนที่บางที่สุดไม่เกินหนึ่งแสนมิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม บางครั้งก็มีเสถียรภาพมาก ฟิล์มสบู่สามารถบิดเบี้ยวและยืดออกได้ และกระแสน้ำสามารถไหลผ่านได้โดยไม่ทำลาย คุณจะอธิบายความมั่นคงนี้อย่างไร? เพื่อให้ฟิล์มปรากฏขึ้น จำเป็นต้องเติมสารที่ละลายในนั้นลงในของเหลวที่สะอาด แต่ไม่มีเลย แต่สิ่งที่ลดแรงตึงผิวลงอย่างมาก

ฟิล์มเหลวในธรรมชาติและเทคโนโลยี

ในเทคโนโลยีและธรรมชาติเราพบหลักไม่ใช่กับฟิล์มเดี่ยว แต่ด้วยโฟมซึ่งเป็นส่วนผสมของมัน มักพบเห็นได้ในลำธารที่มีลำธารเล็กๆ ไหลลงสู่น้ำนิ่ง ความสามารถของน้ำในการทำให้เกิดฟองในกรณีนี้เกี่ยวข้องกับการมีอินทรียวัตถุอยู่ในนั้นซึ่งรากของพืชหลั่งออกมา นี่คือตัวอย่างวิธีการทำโฟมเหลวจากธรรมชาติ แต่เทคโนโลยีล่ะ? ในระหว่างการก่อสร้าง มีการใช้วัสดุพิเศษที่มีโครงสร้างเซลล์คล้ายโฟม พวกเขามีน้ำหนักเบาราคาถูกแข็งแรงพอนำเสียงและความร้อนได้ไม่ดี เพื่อให้ได้มาซึ่งสารที่ส่งเสริมการเกิดฟองจะถูกเติมลงในสารละลายพิเศษ

ข้อสรุป

ดังนั้นเราจึงพบว่าสารใดเป็นของของเหลว พวกเขาพบว่าของเหลวเป็นสถานะกลางของสสารระหว่างก๊าซและของแข็ง จึงมีคุณสมบัติของทั้งสองอย่าง คริสตัลเหลวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมในปัจจุบัน (เช่น จอภาพคริสตัลเหลว) เป็นตัวอย่างที่สำคัญของสถานะของสสารนี้ พวกเขารวมคุณสมบัติของของแข็งและของเหลว เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าวิทยาศาสตร์จะประดิษฐ์สารเหลวชนิดใดในอนาคต อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าในสถานะของสสารนี้มีศักยภาพอย่างมากที่สามารถนำไปใช้เพื่อประโยชน์ของมนุษยชาติได้

ความสนใจเป็นพิเศษในการพิจารณาเคมีกายภาพกระบวนการที่เกิดขึ้นในสถานะของเหลวนั้นเกิดจากการที่ตัวเขาเองประกอบด้วยน้ำ 90% ซึ่งเป็นของเหลวที่พบมากที่สุดในโลก มันอยู่ในนั้นที่กระบวนการที่สำคัญทั้งหมดเกิดขึ้นทั้งในพืชและสัตว์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่เราทุกคนจะต้องศึกษาสถานะของเหลวของสสาร