În viața de zi cu zi, întâlnim în mod constant trei stări ale materiei - lichidă, gazoasă și solidă. Avem o idee destul de clară despre ce sunt solidele și gazele. Un gaz este o colecție de molecule care se mișcă aleatoriu în toate direcțiile. Toate moleculele unui corp solid își mențin aranjamentul reciproc. Ele oscilează doar ușor.
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 caracteristică. Totuși, în același timp, substanțele lichide, precum gazele, iau forma vasului în care se află. Mulți dintre noi cred că nu au propria lor formă. Cu toate acestea, nu este. Forma naturală a oricărui lichid -minge. Gravitația îl împiedică de obicei să ia această formă, astfel încât lichidul fie ia forma unui vas, fie se răspândește subțire pe suprafață.
În ceea ce privește proprietățile sale, starea lichidă a unei substanțe este deosebit de complexă, datorită poziției sale intermediare. A început să fie studiat încă de pe vremea lui Arhimede (acum 2200 de ani). Cu toate acestea, analiza modului în care se comportă moleculele unei substanțe 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
Un fluid este ceva care poate curge. Ordinea de rază scurtă este observată în aranjarea particulelor sale. Aceasta înseamnă că locația vecinilor cei mai aproape 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. Substanțele lichide sunt formate din molecule care se mișcă mult mai liber decât în solide (și chiar mai liber în gaze). Pentru un anumit timp, fiecare dintre ei se repezi mai întâi într-o direcție, apoi în ceal altă, fără a se îndepărta de vecinii săi. Cu toate acestea, o moleculă lichidă iese din mediu din când în când. Ea ajunge într-un loc nou mutându-se în alt loc. Din nou, pentru o anumită perioadă de timp, ea face mișcări ca de clătinare.
Y. I. Contribuția lui Frenkel la studiul lichidelor
I. I. Frenkel, un om de știință sovietic, are mare merit în dezvoltarea unui număr deprobleme pe o temă precum substanțele lichide. Chimia a avansat foarte mult datorită descoperirilor sale. El credea că mișcarea termică în lichide are următorul caracter. Pentru un anumit timp, fiecare moleculă oscilează în jurul poziției de echilibru. Totuși, își schimbă locul din când în când, trecând brusc într-o nouă poziție, care este separată de cea anterioară printr-o distanță care este aproximativ de dimensiunea acestei molecule în sine. Cu alte cuvinte, în interiorul lichidului, moleculele se mișcă, dar încet. Uneori stau în apropierea anumitor locuri. În consecință, mișcarea lor este ceva ca un amestec de mișcări în gaz și în corpul solid. Fluctuațiile dintr-un loc după un timp sunt înlocuite cu o tranziție liberă de la un loc la altul.
Presiune în lichid
Unele proprietăți ale materiei lichide ne sunt cunoscute datorită interacțiunii constante cu acestea. Deci, din experiența vieții de zi cu zi, știm că acţionează la suprafaţa corpurilor solide care vin în contact cu ea, cu anumite forţe. Ele se numesc forțe de presiune a fluidului.
De exemplu, când deschidem un robinet de apă cu un deget și deschidem apa, simțim cum se apasă pe deget. Iar un înotător care s-a scufundat la adâncimi mari nu simte accidental dureri în urechi. Se explică prin faptul că asupra timpanului acționează forțele de presiune. Apa este o substanță lichidă, deci are toate proprietățile ei. Pentru a măsura temperatura apei la adâncimea mării, foarte puternictermometre, astfel încât acestea să nu poată fi zdrobite de presiunea fluidului.
Această presiune se datorează compresiei, adică unei modificări a volumului lichidului. Are elasticitate în raport cu această schimbare. Forțele de presiune sunt forțele de elasticitate. Prin urmare, dacă un fluid acționează asupra corpurilor în contact cu acesta, atunci este comprimat. Deoarece densitatea unei substanțe crește în timpul compresiei, putem presupune că lichidele au elasticitate în raport cu o modificare a densității.
Evaporare
Continuând să luăm în considerare proprietățile unei substanțe lichide, trecem la evaporare. Aproape de suprafata acestuia, precum si direct in stratul de suprafata, actioneaza forte care asigura insasi existenta acestui strat. Ele nu permit moleculelor din el să părăsească volumul lichidului. Cu toate acestea, datorită mișcării termice, unele dintre ele 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 ei, intensitatea evaporării crește.
Condens
Dacă moleculele care au părăsit lichidul sunt îndepărtate din spațiul de lângă suprafața acestuia, atunci toate acestea se evaporă în cele din urmă. Dacă moleculele care au lăsat-o nu sunt îndepărtate, ele formează abur. Moleculele de vapori care au căzut în regiunea din apropierea suprafeței lichidului sunt atrase în ea de forțele de atracție. Acest proces se numește condensare.
De aceea,dacă moleculele nu sunt îndepărtate, viteza de evaporare scade în timp. 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 se întorc la acesta în același timp. Aceasta creează o stare de echilibru dinamic. Vaporii din el se numesc saturati. 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, în procesul de încălzire a substanțelor lichide, se atinge o temperatură la care vaporii saturați au aceeași presiune ca mediul extern, se stabilește un echilibru între vapori saturați și 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 evaporarea intensă a unui lichid. Apare nu numai de la suprafață, ci se referă la întregul său volum. În interiorul lichidului apar bule de vapori. Pentru a intra în vapori dintr-un lichid, moleculele trebuie să dobândească energie. Este necesar pentru a depăși forțele atractive care le țin în lichid.
Punctul de fierbere
Punctul de fierbere este cel la careexistă o egalitate a două presiuni - vapori externi și saturați. Crește pe măsură ce presiunea crește și scade pe măsură ce presiunea scade. Datorită faptului că presiunea din lichid se modifică odată cu înălțimea coloanei, fierberea în acesta are loc la diferite niveluri la diferite temperaturi. Doar aburul saturat, care se află deasupra suprafeței lichidului în timpul procesului de fierbere, are o anumită temperatură. Este determinată doar de presiunea externă. La asta ne referim când vorbim despre punctul de fierbere. Diferă pentru diferite lichide, care este utilizat pe scară largă în inginerie, în special, la distilarea produselor petroliere.
Căldura latentă de vaporizare este cantitatea de căldură necesară pentru a transforma o cantitate definită izotermic de lichid în abur dacă presiunea externă este aceeași cu presiunea vaporilor saturați.
Proprietățile peliculelor lichide
Toți știm cum să obținem spumă dizolvând săpunul în apă. Aceasta nu este altceva decât o mulțime 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 spumant. 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 supusă deformării și întinderii, un jet de apă poate trece prin ea fără a o distruge. Cum se explică o astfel de stabilitate? Pentru ca un film să apară, este necesar să adăugați substanțe care se dizolvă în el într-un lichid pur. Dar nu oricare, ci așa,care scad semnificativ tensiunea superficială.
Filme lichide în natură și tehnologie
În tehnologie și natură, ne întâlnim în principal nu cu filme individuale, ci cu spumă, care este combinația lor. Poate fi observată adesea în pâraie, unde pâraiele mici cad în apă 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 substanțele lichide naturale spumează. Dar cum rămâne cu tehnologia? În timpul construcției, de exemplu, se folosesc materiale speciale care au o structură celulară asemănătoare spumei. Sunt ușoare, ieftine, suficient de puternice, conduc prost sunetul și căldura. Pentru a le obține, la soluțiile speciale se adaugă agenți de spumă.
Concluzie
Așadar, am aflat ce substanțe sunt lichide, am 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 va inventa știința în viitor. Cu toate acestea, este clar că există un mare potențial în această stare a materiei care poate fi folosit în beneficiul umanității.
Interes special pentru luarea în considerare a proceselor fizice și chimice care au locîn stare lichidă, datorită faptului că persoana în sine este formată din 90% apă, care este cel mai comun lichid de pe Pământ. În ea au loc toate procesele vitale atât în plante, cât și în lumea animală. Prin urmare, este important pentru noi toți să studiem starea lichidă a materiei.
