Kapalné látky a jejich vlastnosti. Tekutý stav hmoty

V každodenním životě jsme neustále konfrontováni se třemi stavy hmoty - kapalnými, plynnými a pevnými. O jakých pevných tělech a plynech máme, máme docela jasný nápad. Plyn je sbírka molekul, která se pohybují náhodně ve všech směrech. Všechny molekuly pevného těla si zachovávají vzájemné uspořádání. Jsou jen malé výkyvy.

Vlastnosti kapalné látky

A jaké jsou tekuté látky? Jejich hlavním rysem je to, že zaujmou mezilehlou pozici mezi krystaly a plyny, kombinují určité vlastnosti těchto dvou stavů. Například pro tekutiny, stejně jako pro tuhé látky (krystalických) těles, přítomnost objemu je neodmyslitelná. Současně však kapalné látky, jako jsou plyny, mají podobu nádoby, ve které jsou umístěny. Mnozí z nás věří, že nemají svou vlastní podobu. To však není pravda. Přírodní formou jakékoli tekutiny je koule. Gravitace obvykle brání tomu, aby tato forma vzala, takže kapalina má buď formu nádoby, nebo se rozprostírá přes povrch v tenké vrstvě.

Svými vlastnostmi je kapalný stav látky obzvláště obtížný, což je způsobeno jeho mezilehlou polohou. Začalo se studovat od doby Archimedes (před 2200 lety). Analýza toho, jak se chovají molekuly kapalné látky, je však stále jednou z nejtěžších oblastí aplikované vědy. Dosud neexistuje všeobecně uznávaná a úplná teorie tekutin. Můžeme ovšem určitě říci něco o jejich chování.

Chování molekul v kapalině

Kapalina je něco, co může proudit. Řád krátkého dosahu je pozorován při uspořádání jeho částic. To znamená, že je uspořádáno umístění sousedů, které jsou k němu nejblíže, vzhledem k jakékoliv částice. Nicméně, když se odkloní od ostatních, jeho postoj k nim se stává stále méně řádným, a pak řád zcela zmizí. Kapalné látky se skládají z molekul, které se pohybují mnohem volněji než u pevných látek (a v plynech - ještě volněji). Během určitého času se každý z nich vydává z jedné strany na druhou a neodkládá se od svých sousedů. Nicméně kapalná molekula se čas od času vylučuje z prostředí. Zapadá do nového a přestěhuje se na jiné místo. Zde opět, po určitou dobu, provádí podobné pohybové výkyvy.

Příspěvek Y. I. Frenkel ke studiu tekutin

I. I. I. Frenkel, sovětský vědec, má velkou zásluhu na rozvoji celé řady problémů, které se zabývají takovým předmětem jako tekutými látkami. Chemie pokročila díky svým objevům. Věřil, že v tekutinách má tepelný pohyb následující charakter. V určitém čase každá molekula osciluje v blízkosti rovnovážné polohy. Nicméně, čas od času změní své místo a náhle se pohybuje na novou pozici, která z předchozího je vzdálenost, která je přibližně velikost samotné molekuly. Jinými slovy, molekuly se pohybují uvnitř kapaliny, ale pomalu. Část času, kdy zůstávají v blízkosti určitých míst. Následkem toho je jejich pohyb spíše jako směs pohybů v plynu a v pohybech pevných těles. Oscilace na jednom místě po chvíli jsou nahrazeny volným přechodem z místa na místo.

Tlak v kapalině

Některé vlastnosti kapalné hmoty jsou nám známy neustálou interakcí s nimi. Takže ze zkušenosti každodenního života víme, že působí na povrchu pevných látek, které přicházejí do kontaktu s ním, se známými silami. Jsou nazývány silami tlaku kapaliny.

Například otevřením otvoru pro kohoutek prstem a vnášením vody pocítíme, jak se prsty tlačí. Plavec, který se ponořil do velké hloubky, ne náhodou zažíval bolest v uších. Vysvětluje to fakt, že tlakové síly působí na bubienky. Voda je kapalná látka, takže má všechny své vlastnosti. Aby bylo možné měřit teplotu vody v hloubce moře, měly by být použity velmi silné teploměry, aby se zabránilo rozdrcení tlaku kapaliny.

Tento tlak je způsoben kompresí, tj. Změnou objemu kapaliny. Má elasticitu vzhledem k této změně. Síly tlaku - to je síla pružnosti. Proto, jestliže tekutina působí na těla, které jsou v kontaktu s ní, je komprimovaná. Protože se zvyšuje hustota hmoty pod tlakem, lze předpokládat, že kapaliny s ohledem na změnu hustoty mají pružnost.

Odpařování

Při zvažování vlastností kapalné hmoty pokračujeme k odpařování. V blízkosti povrchu a také přímo v povrchové vrstvě existují síly, které zajišťují samotnou existenci této vrstvy. Neumožňují, aby molekuly v něm zanechaly objem kapaliny. Některé z nich se díky tepelnému pohybu vyvinou poměrně vysokou rychlostí, díky níž je možné tyto síly překonat a kapalinu opustit. Tento fenomén nazýváme odpařování. Může být pozorována při jakékoliv teplotě vzduchu, avšak s jeho zvýšením se zvyšuje rychlost odpařování.

Kondenzace

Pokud molekuly, které opouštějí kapalinu, jsou odstraněny z prostoru blízko jeho povrchu, pak se vše nakonec odpařuje. Pokud se molekuly, které opouštějí, neodstraní, vytvářejí páru. Ti, kteří spadají do oblasti blízké povrchu kapaliny, jsou do nich vtaženy molekuly par síly přitažlivosti. Tento proces se nazývá kondenzace.

V důsledku toho, pokud nejsou molekuly odstraněny, rychlost odpařování klesá s časem. Pokud se hustota výparů dále zvyšuje, dosáhne se situace, kdy počet molekul, které opouštějí kapalinu po určitou dobu, se bude rovnat počtu molekul, které se během této doby vracejí. Existuje tedy stav dynamické rovnováhy. Pára v něm se nazývá nasycená. Tlak a hustota se zvyšují se zvyšující se teplotou. Čím vyšší je, tím více molekul kapaliny má dostatečnou energii pro odpařování a hustší množství páry musí mít, aby kondenzace mohla vyrovnávat s odpařováním.

Vaření

Když se během ohřevu kapalných látek dosáhne teploty, při níž mají nasycené páry stejný tlak jako vnější médium, vznikne rovnováha mezi nasycenou párou a kapalinou. Pokud kapalina hlásí další množství tepla, odpovídající množství kapaliny se okamžitě převede na páru. Tento proces se nazývá vroucí.

Varování je intenzivní odpařování kapaliny. Vyskytuje se nejen z povrchu, ale také z celého objemu. Uvnitř kapaliny se objevují bublinky páry. K přechodu na páru z kapaliny potřebují molekuly získat energii. Je třeba překonat přitažlivé síly, díky nimž jsou v kapalině zachovány.

Bod varu

Bod varu - to je ten, ve kterém je pozorována rovnost dvou tlaků - vnější a nasycené páry. Stoupá se stoupajícím tlakem a snižuje, jak se snižuje. Vzhledem k tomu, že se tlak v kapalině mění s výškou sloupce, dochází v ní k varu v různých úrovních při různých teplotách. Pouze nasycená pára, Tekutina, která je umístěna nad povrchem kapaliny během procesu varu, má určitou teplotu. Je určena pouze vnějším tlakem. To je to, co máme na mysli, když mluvíme o bodu varu. To se liší v různých kapalinách, které jsou široce používány ve strojírenství, zejména v destilaci ropných produktů.

Latentné teplo odpařování je množství tepla potřebné k převodu izotermicky definovaného množství kapaliny na páru, pokud je vnější tlak stejný jako tlak nasycených par.

Vlastnosti kapalných filmů

Všichni víme, jak dostat pěnu rozpuštěním mýdla ve vodě. Není to nic víc než spousta bublinek, které jsou omezeny na tenkou vrstvu složenou z kapaliny. Z pěnové kapaliny může být také získána samostatná fólie. Jeho vlastnosti jsou velmi zajímavé. Tyto filmy mohou být velmi tenké: jejich tloušťka v nejtenčích částech nepřesahuje jednu tisícinu milimetru. Někdy jsou však i přes to velmi stabilní. Mýdlový film může být vystaven deformaci a protažení, může protékat proudem vody, aniž by to zničilo. Jak vysvětlit tuto stabilitu? K tomu, aby se film objevil, je třeba přidávat do čisté kapaliny látky, které se v něm rozpouštějí. Ale nikoli, ale takové, které výrazně snižují povrchové napětí.

Tekuté filmy v přírodě a technologii

V technologii a přírodě se setkáváme hlavně s jednotlivými filmy, ale s pěnou, což je jejich totality. To může být často pozorováno v potoků, kde malé pramínky spadají do klidné vody. Schopnost vody pěny v tomto případě je způsobena přítomností organické látky, která je extrahována z kořenů rostlin. To je příklad toho, jak přírodní kapalné látky pěna. Ale co technologie? Během výstavby používejte například speciální materiály, které mají celulární strukturu podobnou pěně. Jsou lehké, levné, dostatečně silné, špatně vedou zvuky a teplo. K jejich získání ve speciálních řešeních použijte pěnové prostředky.

Závěr

Takže jsme zjistili, které látky patří do kapaliny, zjistila, že kapalina je meziprodukt mezi hmotou a pevnou látkou. Proto má vlastnosti, které jsou charakteristické pro oba. Tekuté krystaly, které jsou nyní široce používány ve strojírenství a průmyslu (například displeje z tekutých krystalů), jsou dobrým příkladem tohoto stavu hmoty. Kombinují vlastnosti pevných látek a kapalin. Je obtížné si představit, jakou látku budou v budoucnosti vymýšlet vědecké látky. Je však zřejmé, že v tomto stavu hmoty existuje velký potenciál, který lze využít ve prospěch lidstva.

Zvláštní zájem o zohlednění fyzikálně chemických procesů vyskytujících se v kapalném stavu je způsoben skutečností, že člověk sám tvoří 90% vody, což je nejhojnější tekutina na Zemi. V tom je, že všechny životně důležité procesy se vyskytují jak v rostlině, tak v živočišné říši. Proto je pro nás všechny důležité zkoumat stav kapaliny.