Свойства жидкостей характеристика жидкого состояния вещества. Жидкое состояние вещества

Молекулы вещества в жидком состоянии расположены почти вплотную друг к другу. В отличие от твердых кристаллических тел, в которых молекулы образуют упорядоченные структуры во всем объеме кристалла и могут совершать тепловые колебания около фиксированных центров, молекулы жидкости обладают большей свободой. Каждая молекула жидкости, также как и в твердом теле, «зажата» со всех сторон соседними молекулами и совершает тепловые колебания около некоторого положения равновесия. Однако, время от времени любая молекула может переместиться в соседнее вакантное место. Такие перескоки в жидкостях происходят довольно часто; поэтому молекулы не привязаны к определенным центрам, как в кристаллах, и могут перемещаться по всему объему жидкости. Этим объясняется текучесть жидкостей. Из-за сильного взаимодействия между близко расположенными молекулами они могут образовывать локальные (неустойчивые) упорядоченные группы, содержащие несколько молекул. Это явление называется ближним порядком (рис. 1).

Рис. 2 иллюстрирует отличие газообразного вещества от жидкости на примере воды. Молекула воды H2O состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода, расположенных под углом 104°. Среднее расстояние между молекулами пара в десятки раз превышает среднее расстояние между молекулами воды. В отличие от рис. 1, где молекулы воды изображены в виде шариков, рис. 2 даёт представление о структуре молекулы воды.

Вследствие плотной упаковки молекул сжимаемость жидкостей, то есть изменение объема при изменении давления, очень мала; она в десятки и сотни тысяч раз меньше, чем в газах. Жидкости, как и твердые тела, изменяют свой объем при изменении температуры. Тепловое расширение воды имеет интересную и важную для жизни на Земле аномалию. При температуре ниже 4 °С вода расширяется при понижении температуры. Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С. При замерзании вода расширяется, поэтому лед остается плавать на поверхности замерзающего водоема. Температура замерзающей воды подо льдом равна 0 °С. В более плотных слоях воды у дна водоема температура оказывается порядка 4 °С. Благодаря этому может существовать жизнь в воде замерзающих водоемов. Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной поверхности . Жидкость, в отличие от газов, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или паром) образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Молекулы в пограничном слое жидкости, в отличие от молекул в ее глубине, окружены другими молекулами той же жидкости не со всех сторон. Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем взаимно скомпенсированы. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости (силами, действующими на данную молекулу жидкости со стороны молекул газа (или пара) можно пренебречь). В результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости. Коэффициент σ называется коэффициентом поверхностного натяжения (σ > 0). Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу. В СИ коэффициент поверхностного натяжения измеряется в джоулях на метр квадратный (Дж/м 2) или в ньютонах на метр (1 Н/м = 1 Дж/м 2). Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией . Потенциальная энергия E p поверхности жидкости пропорциональна ее площади:

E p = A внеш = σS.

Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности (то есть от того, как пленка деформирована), а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Некоторые жидкости, как, например, мыльная вода, обладают способностью образовывать тонкие пленки. Всем хорошо известные мыльные пузыри имеют правильную сферическую форму – в этом тоже проявляется действие сил поверхностного натяжения. Если в мыльный раствор опустить проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна, то вся она затянется пленкой жидкости (рис. 3).

Силы поверхностного натяжения стремятся сократить поверхность пленки. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу ${\vec{F}}_{внеш}=-\vec{{F}_{н}}$. Если под действием силы ${\vec{F}}_{внеш}$ перекладина переместиться на Δx, то будет произведена работа ΔA внеш = F внеш Δx = ΔE p = σΔS, где ΔS = 2LΔx – приращение площади поверхности обеих сторон мыльной пленки. Так как модули сил ${\vec{F}}_{внеш}$ и $\vec{{F}_{н}}$ одинаковы, можно записать:

$$ {F}_{н}\Delta x=\sigma 2L\Delta x \: или \: \sigma =\frac{{F}_{н}}{2L}$$

Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела (взаимодействием с молекулами газа (или пара) можно пренебречь). Если эти силы больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом θ, характерным для данной пары жидкость – твердое тело. Угол θ называется краевым углом. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то краевой угол θ оказывается тупым (рис. 4). В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела. При полном смачивании θ = 0, при полном несмачивании θ = 180°.

Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра – капиллярах . Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие – опускаются. На рис. 5 изображена капиллярная трубка некоторого радиуса r, опущенная нижним концом в смачивающую жидкость плотности ρ. Верхний конец капилляра открыт. Подъем жидкости в капилляре продолжается до тех пор, пока сила тяжести действующая на столб жидкости в капилляре, не станет равной по модулю результирующей F н сил поверхностного натяжения, действующих вдоль границы соприкосновения жидкости с поверхностью капилляра: F т = F н, где F т = mg = ρhπr2g, F н = σ2πr cos θ. Отсюда следует:

$$ h=\frac{2\sigma \cos \theta }{\rho gr} $$

При полном смачивании θ = 0, cos θ = 1. В этом случае

$$ h=\frac{2\sigma }{\rho gr} $$

При полном несмачивании θ = 180°, cos θ = –1 и, следовательно, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр. Вода практически полностью смачивает чистую поверхность стекла. Наоборот, ртуть полностью не смачивает стеклянную поверхность. Поэтому уровень ртути в стеклянном капилляре опускается ниже уровня в сосуде.

Ответьте на вопросы:

1. Почему жидкость обладает свойством текучести?

2. Как зависит тепловое расширение жидкости от температуры?

3. За счет чего возникают силы поверхностного натяжения?

4. Почему капли дождя имеют форму шара?

5. Что такое капиллярное явление?

6. Почему жидкость поднимается по капилляру?

7. Когда жидкость поднимается по капилляру, а когда опускается?

Притяжение и отталкивание частиц определяют их взаимное расположение в веществе. А от расположения частиц существенно зависят свойства веществ. Так, глядя на прозрачный очень твердый алмаз (бриллиант) и на мягкий черный графит (из него изготавливают стержни карандашей), мы не догадываемся, что оба вещества состоят из совершенно одинаковых атомов углерода. Просто в графите эти атомы расположены иначе, чем в алмазе.

Взаимодействие частиц вещества приводит к тому, что оно может находиться в трех состояниях: твердом , жидком и газообразном . Например, лед, вода, пар. В трех состояниях может находиться любое вещество, но для этого нужны определенные условия: давление, температура. Например, кислород в воздухе - газ, но при охлаждении ниже -193 °C он превращается в жидкость, а при температуре -219 °C кислород - твердое вещество. Железо при нормальном давлении и комнатной температуре находится в твердом состоянии. При температуре выше 1539 °C железо становится жидким, а при температуре выше 3050 °C - газообразным. Жидкая ртуть, используемая в медицинских термометрах, при охлаждении до температуры ниже -39 °C становится твердой. При температуре выше 357 °C ртуть превращается в пар (газ).

Превращая металлическое серебро в газ, его напыляют на стекло и получают «зеркальные» очки.

Какими свойствами обладают вещества в различных состояниях?

Начнем с газов, в которых поведение молекул напоминает движение пчел в рое. Однако пчелы в рое самостоятельно изменяют направление движения и практически не сталкиваются друг с другом. В то же время для молекул в газе такие столкновения не только неизбежны, но происходят практически непрерывно. В результате столкновений направления и значения скорости движения молекул изменяются.

Результатом такого движения и отсутствия взаимодействия частиц при движении является то, что газ не сохраняет ни объема, ни формы , а занимает весь предоставленный ему объем. Каждый из вас посчитает сущей нелепицей утверждения: «Воздух занимает половину объема комнаты» и «Я накачал воздух в две трети объема резинового шарика». Воздух, как и любой газ, занимает весь объем комнаты и весь объем шарика.

А какие свойства имеют жидкости? Проведем опыт.

Перельем воду из одной мензурки в мензурку другой формы. Форма жидкости изменилась , но объем остался тем же . Молекулы не разлетелись по всему объему, как это было бы в случае с газом. Значит, взаимное притяжение молекул жидкости существует, но оно не удерживает жестко соседние молекулы. Они колеблются и перескакивают из одного места в другое, чем и объясняется текучесть жидкостей.

Наиболее сильным является взаимодействие частиц в твердом теле. Оно не дает возможности частицам разойтись. Частицы лишь совершают хаотические колебательные движения около определенных положений. Поэтому твердые тела сохраняют и объем, и форму . Резиновый мяч будет сохранять форму шара и объем, куда бы его не поместили: в банку, на стол и т. д.

Жидкие вещества Текучи, принимают форму сосуда, в котором находятся. Молекулы находятся непосредственно друг возле друга. Жидкость в условиях невесомости примет форму круглой капли.

Вода – единственное вещество, которое встречается на Земле во всех трех агрегатных состояниях Водяной пар входит в состав атмосферы Твердый лед можно увидеть и в виде снежинок, в виде инея, в виде льда Жидкой водой наполнен Мировой океан, поверхностн ые воды суши и подземные воды

Вода в организме человека Без воды человек может прожить только 3 дня. 82% Содержание воды в организме 79% 75% 72% 70% взрослого человека: 77% 99% 92% гл о ое т ел аз ма ек ло ви дн пл ст аз а и кр ов ет ел ск нь че пе ж а ко цы мы гк ле еи рд ц се ш ие и чк по й но ин сп го ло вн ой мо мо зг зг 46%

Круговорот воды в природе Это хорошо отрегулированный механизм, который беспрерывно «качает» воду из океана на материки и обратно, при этом вода очищается. С поверхности Мирового океана ежегодно испаряется 453 000 км 3 воды, а осадки, выпадающие на Землю, составляют 525 000 км 3. Превышение происходит за счет испарения воды с других водных поверхностей и транспирации влаги растениями.

Содержание воды в природе Вода - это самое распространенное на вещество. Земле Запасы воды на Земле 1 млн 454 тыс м 3, из них 2, 8% пресной воды, доступной для использования 0, 3%. Объем воды: в Мировом океане 1345 млн км 3. на поверхности Земли 1, 39 х 1018 т. в атмосфере 1, 3 х 1013 т.

Расход воды Затраты воды на производство: 1 т химического волокна 2000 м 3 1 т бумаги 900 м 3 1 т стали 120 м 3 1 т риса 4000 м 3 При таких растратах запасы воды неумолимо иссякают. Уже сейчас 60% всей поверхности Земли занимают зоны, страдающие отсутствием или недостатком пресной воды.

Расход воды Потребность в питьевой воде жителя крупного города составляет около 8 л в сутки, а на все сферы жизнедеятельности ежедневно расходуется 175 л воды. приготовление пищи полив растений мытье посуды стирка умывание слив в туалете 5% 7% 9% 14% 29% 4 0 %

Жесткость воды - это содержание в воде ионов кальция и магния. Недостатки жесткой воды: § Мыло не мылится § При стирке белья повышается расход порошка § Волосы секутся § Плохо развариваются мясо и крупы. 2 RCOO + Ca 2+ → (RCOO)2 Ca ↓

Кристаллические вещества Истинно же твердые тела – это кристаллы, одной из характерных особенностей которых является правильность их внешнего вида.

Кристаллические вещества Общие свойства: § Сохранение формы и объема. § Наличие постоянной температуры плавления. § Упорядоченное внутреннее строение. Друза мориона Расплавленная сталь

ВЕЩЕСТВА только из неметаллов ионная кр. реш. (Si. O 2; Si. O 2 n. H 2 O) Атомная кр. реш. неметаллы молекулярная кр. реш. (B, C, Si, Ge, As, Se, Te) простые Атомная кр. реш. металлы молекулярная кр. реш. металлическая кр. реш. Кристаллические вещества сложные металл + неметалл

Кристаллические вещества алюминий § § § ковкость пластичность электропроводность теплопроводность металлический блеск ВЕЩЕСТВА С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ

Кристаллические вещества сера нафталин § § § сахар малая твердость низкая t плавления летучесть ВЕЩЕСТВА С МОЛЕКУЛЯРНОЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ

Кристаллические вещества C алмаз Si. O 2 горный хрусталь § § твердые прочные тугоплавкие практически нерастворимые ВЕЩЕСТВА С АТОМНОЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ

Кристаллические вещества Полиморфизм-существование различных кристаллических структур у одного и того же вещества. Схемы строения различных модификаций углерода: a: алмаз; b: графит; c: лонсдейлит; d: фуллерен - бакибол C 60; e: фуллерен C 540; f: фуллерен C 70 g: аморфный углерод, ; h: углеродная нанотрубка

Кристаллические вещества Анизотропия (от др. греч. ἄνισος - неравный и τρόπος - направление) - это зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. слюда обработанная Анизотропия ярче проявляется у монокристаллов.

Кристаллические вещества ПОЛИКРИСТАЛЛЫ– это твёрдые тела, состоящие из большого числа маленьких кристалликов. Si. O 2 горный хрусталь (кварц) аметист (кварц) Изотропи я (из др. -греч. ί σος «равный, одинаковый, подобный» + τρόπος «поворот; характер») - одинаковость физических свойств во всех направлениях.

Кристаллические вещества аскорбиновая кислота и сахароза витамин А сплав титана и алюминия булатная сталь Фотографии сделаны с помощью электронного микроскопа и нанотехнологий.

Кристаллические вещества МЕГАКРИСТАЛЛЫ Селенит - разновидность гипса. Эти кристаллы – самые большие в мире. Самые крупные из них достигают в длину 15 м и весят 50 -60 тонн.

Проверь себя! Шар, выточенный из монокристалла, при нагревании может изменить не только объем, но и форму. Почему? Ответ: Вследствие анизотропии кристаллы при нагревании расширяются неравномерно.

Проверь себя! «Снег заскрипел под ногами - значит, мороз крепчает» , - часто говорите вы. А почему снег скрипит под ногами? Ответ: При сильном морозе снежинки под тяжестью ног не тают, а ломаются. Каждая снежинка при этом издаёт очень слабый, почти неуловимый звук. Но если мы наступаем сразу на множество тысяч снежинок, то чуть слышимые звуки сливаются в громкий скрип.

Проверь себя! Почему со временем на поверхности оцинкованного железа появляются узоры? Ответ: Узоры появляются вследствие кристаллизации цинка.

Аморфные вещества (от греческого amorphos – бесформенный, a – отрицательная частица и morphe – форма) – внешне могут быть твердыми, а по строению относиться к жидкостям.

Аморфные вещества § Молекулы в аморфных телах расположены беспорядочно. § Нет постоянной температуры плавления, по мере повышения температуры – размягчаются. § При низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высоких – подобны жидкостям. кристаллическое строение аморфное строение

Аморфные вещества Переход аморфных тел в кристаллические сера пластическая сера кристаллическая Аморфное состояние веществ неустойчиво, и рано или поздно они из такого состояния переходят в кристаллическое.

Аморфные вещества Переход аморфных тел в кристаллические жвачка новая использованная жвачка Время перехода аморфного состояния в кристаллическое может быть разным. Для некоторых веществ оно составляет несколько лет.

Аморфные вещества Переход аморфных тел в кристаллические = Застывший твердый мед засахаривается так же, как засахаривается при длительном хранении стекловидная карамель.

полимеры Полимеры– это соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа регулярно и нерегулярно повторяющихся одинаковых или различных звеньев. поливинилхлорид

полимеры В зависимости от строения макромолекул различают линейные, разветвленные (или привитые) и пространственные полимеры. пространственная структура линейная структура разветвленная структура

полимеры Полимеры Кристаллические Аморфные (кристаллических участков менее 25%) (кристаллических участков более 75%) Аморфно-кристаллические (кристаллических участков 25 -75%)

полимеры ПОЛИМЕРЫ АМОРФНОЙ СТРУКТУРЫ: § с беспорядочным взаимным расположением макромолекул; § обладают одинаковыми физико-механическими свойствами во всех направлениях; § характеризуются низкой усадкой при литье, прозрачностью (как правило), средней хемостойкостью и износостойкостью и высоким поверхностным трением; § большинство распространенных в промышленности полимеров аморфные; § имеют РАЗВЕТВЛЕННУЮ структуру молекул.

полимеры ПОЛИМЕРЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ: § имеют упорядоченное расположение макромолекул, плотность их упаковки; § обладают повышенной теплостойкостью, высокой прочностью, жесткостью и плотностью, низкой эластичностью; § способны к деформациям, имеют низкое поверхностное трение, повышенную хемостойкость и высокую усадку; § имеют ЛИНЕЙНУЮ структуру молекул.

полимеры ПОЛИЭТИЛЕН НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Полиэтилен низкой плотности, в главных цепях которого присутствуют многочисленные ответвления, может содержать до 70 % аморфной фазы.

полимеры АМОРФНОСТЬ – ценное качество полимеров, так как оно обуславливает такое их технологическое свойство как термопластичность. Благодаря аморфности полимер можно вытянуть в тончайшую нить, превратить в прозрачную пленку или отлить из него изделие самой замысловатой формы.

Твердые вещества /выводы/ «В мире нет ничего абсолютного, кроме существования или несуществования. Все остальное поддается вычислению и является относительным» . Клод Адриан Гельвеций

глоссарий 1. Твердые тела – это кристаллические вещества, одной из характерных особенностей которых является правильность их внешнего вида. 2. Аморфные тела – тела, которые внешне могут быть твердыми, а по строению относиться к жидкостям. 3. Монокристаллы – одиночные кристаллы. 4. Поликристаллы – это твёрдые тела, состоящие из большого числа маленьких кристалликов. 5. Полимеры– это соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа регулярно и нерегулярно повторяющихся одинаковых или различных звеньев. 6. Аморфные – полимеры, имеющие кристаллических участков менее 25%. 7. Кристаллические – полимеры, имеющие кристаллических участков более 75%. 8. Аморфно-кристаллические – полимеры, имеющие кристаллических участков 25 -75%. 9. Термопластичность – свойство полимеров обратимо твердеть и размягчаться. 10. Анизотропия – это зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. 11. Изотропи я – одинаковость физических свойств во всех направлениях.

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с тремя состояниями вещества - жидким, газообразным и твердым. О том, что представляют собой твердые тела и газы, мы имеем довольно ясное представление. Газ - совокупность молекул, которые движутся беспорядочно по всем направлениям. Все молекулы твердого тела сохраняют взаимное расположение. Они совершают только незначительные колебания.

Особенности жидкого вещества

А что же представляют собой жидкие вещества? Основной их особенностью является то, что, занимая промежуточное положение между кристаллами и газами, они сочетают в себе определенные свойства двух этих состояний. Например, для жидкостей, так же как и для твердых свойственно наличие объема. Однако в то же время жидкие вещества, так же как и газы, принимают форму сосуда, в котором находятся. Многие из нас полагают, что у них нет своей собственной формы. Однако это не так. Естественная форма любой жидкости - шар. Сила тяжести обычно мешает ей принять эту форму, поэтому жидкость либо принимает форму сосуда, либо растекается по поверхности тонким слоем.

По своим свойствам жидкое состояние вещества особенно сложно, что обусловлено промежуточным его положением. Оно начало изучаться еще со времен Архимеда (2200 лет назад). Однако анализ того, как ведут себя молекулы жидкого вещества, до сих пор является одной из наиболее трудных областей прикладной науки. Общепризнанной и вполне законченной теории жидкостей все еще нет. Однако кое-что об их поведении мы можем сказать вполне определенно.

Поведение молекул в жидкости

Жидкость - что-то такое, что может течь. Ближний порядок наблюдается в расположении ее частиц. Это означает, что расположение соседей, ближайших к ней, по отношению к любой частице является упорядоченным. Однако по мере того, как она удаляется от других, положение ее по отношению к ним делается все менее упорядоченным, а затем порядок и вовсе исчезает. Жидкие вещества состоят из молекул, которые движутся намного более свободно, чем в твердых телах (а в газах - еще свободнее). В течение определенного времени каждая из них устремляется то в одну сторону, то в другую, не удаляясь от своих соседей. Однако молекула жидкости время от времени вырывается из окружения. Она попадает в новое, переходя в другое место. Здесь снова в течение определенного времени она совершает подобные колебанию движения.

Вклад Я. И. Френкеля в изучение жидкостей

Я. И. Френкелю, советскому ученому, принадлежат большие заслуги в разработке целого ряда проблем, посвященных такой теме, как жидкие вещества. Химия сильно продвинулась вперед благодаря его открытиям. Он считал, что в жидкостях тепловое движение имеет следующий характер. В течение определенного времени каждая молекула колеблется около положения равновесия. Однако она меняет свое место время от времени, перемещаясь скачком на новое положение, которое от предыдущего отстоит на расстояние, составляющее примерно размеры самой этой молекулы. Другими словами, внутри жидкости молекулы перемещаются, но медленно. Часть времени они пребывают около определенных мест. Следовательно, движение их представляет собой что-то вроде смеси совершаемых в газе и в твердом теле движений. Колебания на одном месте через некоторое время сменяются свободным переходом с места на место.

Давление в жидкости

Некоторые свойства жидкого вещества нам известны благодаря постоянному взаимодействию с ними. Так, из опыта повседневности мы знаем о том, что оно действует на поверхность твердых тел, которые соприкасаются с ней, с известными силами. Они именуются силами

Например, приоткрывая отверстие водопроводного крана пальцем и включая воду, мы ощущаем, как она давит на палец. А пловец, который нырнул на большую глубину, не случайно испытывает боль в ушах. Она объясняется тем, что на барабанную перепонку уха воздействуют силы давления. Вода - жидкое вещество, поэтому она обладает всеми его свойствами. Для того чтобы измерить температуру воды на глубине моря, следует использовать очень прочные термометры, чтобы их не могло раздавить давление жидкости.

Это давление обусловлено сжатием, то есть изменением объема жидкости. Она обладает по отношению к этому изменению упругостью. Силы давления - это и есть силы упругости. Следовательно, если жидкость действует на тела, соприкасающиеся с ней, значит, она сжата. Поскольку плотность вещества при сжатии растет, можно считать, что жидкости по отношению к изменению плотности обладают упругостью.

Испарение

Продолжая рассматривать свойства жидкого вещества, переходим к испарению. Вблизи поверхности его, а также непосредственно в поверхностном слое действуют силы, обеспечивающие само существование этого слоя. Они не позволяют покидать объем жидкости молекулам, находящимся в нем. Однако некоторая их часть благодаря тепловому движению развивает довольно большие скорости, с помощью которых становится возможно преодолеть эти силы и покинуть жидкость. Мы называем это явление испарением. Его можно наблюдать при любой температуре воздуха, однако с ее увеличением интенсивность испарения возрастает.

Конденсация

Если молекулы, покинувшие жидкость, удаляются из пространства, находящегося вблизи ее поверхности, то вся она, в конце концов, испаряется. Если же покинувшие ее молекулы не удаляются, они формируют пар. Попавшие в область, находящуюся вблизи поверхности жидкости, молекулы пара втягиваются в нее Этот процесс получил название конденсации.

Следовательно, если молекулы не удаляются, со временем уменьшается скорость испарения. Если плотность пара в дальнейшем увеличивается, достигается ситуация, при которой количество молекул, покидающих за определенное время жидкость, будет равняться количеству молекул, которые возвращаются за это же время в нее. Так возникает состояние динамического равновесия. Пар, находящийся в нем, называется насыщенным. Давление и плотность его увеличиваются с повышением температуры. Чем она выше, тем большее количество молекул жидкости имеет достаточную для испарения энергию и тем большей плотностью должен обладать пар для того, чтобы с испарением могла сравняться конденсация.

Кипение

Когда в процессе нагревания жидких веществ достигается такая температура, при которой насыщенные пары имеют такое же давление, как и внешняя среда, устанавливается равновесие между насыщенным паром и жидкостью. Если жидкость сообщает дополнительное количество теплоты, сразу же происходит превращение в пар соответствующей массы жидкости. Этот процесс именуют кипением.

Кипение представляет собой интенсивное испарение жидкости. Оно происходит не только с поверхности, а касается всего ее объема. Внутри жидкости появляются пузырьки пара. Для того чтобы перейти в пар из жидкости, молекулам необходимо приобрести энергию. Она нужна для преодоления сил притяжения, благодаря которым они удерживаются в жидкости.

Температура кипения

Это та, при которой наблюдается равенство двух давлений - внешнего и насыщенных паров. Она увеличивается при увеличении давления и уменьшается при его уменьшении. Из-за того, что с высотой столба давление в жидкости меняется, кипение в ней происходит на различных уровнях при разной температуре. Только находящийся над поверхностью жидкости в процессе кипения, имеет определенную температуру. Она определяется лишь внешним давлением. Именно ее мы и имеем в виду, когда говорим о температуре кипения. Она отличается у разных жидкостей, что широко применяется в технике, в частности, при разгонке нефтепродуктов.

Скрытая теплота парообразования - это количество тепла, необходимое для того, чтобы превратить в пар изотермически определенное количество жидкости, если внешнее давление то же, что и давление насыщенных паров.

Свойства жидкостных пленок

Все мы знаем о том, как можно получить пену, растворив в воде мыло. Это не что иное, как множество пузырьков, которые ограничены состоящей из жидкости тончайшей пленкой. Однако из образующей пену жидкости можно получить также и отдельную пленку. Свойства ее очень интересны. Пленки эти могут быть очень тонкими: их толщина в самых тонких частях не превышает стотысячной доли миллиметра. Однако они порой очень устойчивы, несмотря на это. Мыльную пленку можно подвергать деформации и растяжению, сквозь нее может проходить струя воды, при этом не разрушая ее. Как же объяснить такую устойчивость? Для того чтобы появилась пленка, необходимо к чистой жидкости прибавить вещества, растворяющиеся в ней. Но не любые, а такие, которые значительно понижают поверхностное натяжение.

Жидкостные пленки в природе и технике

В технике и природе мы встречаемся главным образом не с отдельными пленками, а с пеной, которая представляет собой их совокупность. Ее нередко можно наблюдать в ручьях, где в спокойную воду падают небольшие струйки. Способность воды пениться в данном случае связана с наличием в ней органического вещества, которое выделяют корни растений. Это пример того, как пенятся природные жидкие вещества. А как же обстоит дело с техникой? При строительстве, например, используют специальные материалы, которые обладают ячеистой структурой, напоминающей пену. Они легки, дешевы, достаточно прочны, плохо проводят звуки и теплоту. Для получения их в специальные растворы добавляют способствующие пенообразованию вещества.

Вывод

Итак, мы узнали, какие вещества относятся к жидким, выяснили, что жидкость является промежуточным состоянием вещества между газообразным и твердым. Поэтому у нее есть свойства, характерные для того и другого. которые сегодня широко используются в технике и промышленности (например, жидкокристаллические дисплеи) являются ярким примером этого состояния вещества. В них объединены свойства твердых тел и жидкостей. Сложно представить, какие вещества жидкие изобретет в будущем наука. Однако ясно, что в этом состоянии вещества есть большой потенциал, который можно использовать во благо человечества.

Особый интерес к рассмотрению физико-химических процессов, протекающих в жидком состоянии, обусловлен тем, что сам человек состоит на 90% из воды, которая является самой распространенной на Земле жидкостью. Именно в ней происходят все жизненно важные процессы как в растительном, так и в животном мире. Поэтому для всех нас актуально изучать жидкое состояние вещества.

1. Твердое состояние
2. Жидкое состояние
3. Газообразное состояние
4. Изменение состояния вещества

Химия изучает вещество. Что же такое "вещество"? Вещество - это все то, что имеет массу и объем. Вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком, газообразном .

1. Твердое состояние

Частицы (молекулы) в твердом теле объединены в жесткую повторяющуюся конструкцию - кристаллическую решетку . Частицы в кристаллической решетке совершают небольшие колебания около центров равновесия. Твердое тело имеет форму и объем .

2. Жидкое состояние

В отличие от твердых тел, жидкость не имеет определенной формы, но имеет объем. Это объясняется тем, что в жидкостях частицы находятся на большем расстоянии друг от друга, чем в твердых телах и двигаются активнее.

Поскольку частицы в жидкостях располагаются менее плотно, чем в твердых телах, то они не могут образовать кристаллическую решетку, следовательно жидкости не имеют определенной формы.

3. Газообразное состояние

В газе частицы находятся еще на больших расстояниях, чем в жидкостях. Мало того - частицы постоянно находятся в хаотическом (беспорядочном) движении. Поэтому газы стремятся равномерно заполнить, предоставленный им, объем (отсюда следует тот факт, что у газов нет определенной формы).

4. Изменение состояния вещества

Возьмем банальный пример и проследим за процессом изменения состояния воды.

В твердом состоянии вода - это лед. Температура льда меньше 0 о С. При нагревании лед начинает плавиться и превращаться в воду. Это объясняется тем, что частицы льда, находящиеся в кристаллической решетке, при нагревании начинают двигаться, вследствие этого решетка разрушается. Температура, при которой происходит плавление вещества, называется "точкой плавления" вещества. Точка плавления воды равна 0 о С.

Следует заметить, что до тех пор пока лед полностью не расплавится, температура льда будет 0 о С.

После того, как лед полностью превратился в воду, мы продолжим нагрев. Температура воды будет повышаться, а движение частиц под действием тепла все более ускоряться. Это происходит до тех пор, пока вода не достигнет следующей своей точки изменения состояния - кипения .

Этот момент наступает когда связи частиц воды полностью разрываются и их движение становится свободным: вода превращается в пар.

Температура, при которой жидкость закипает, называют "точкой кипения" .

Следует обратить внимание, что температура кипения зависит от давления. При нормальном давлении (760 мм. рт. ст.) температура кипения воды составляет 100 о С.

По аналогии с плавлением: пока вода полностью не превратится в пар - температура будет постоянной.

Подведем итог. В результате нагревания мы получили разные фазовые состояния воды:

Лед → вода → пар или Н 2 0 (т) → Н 2 0 (ж) → Н 2 0 (г)

Что же произойдет, если мы начнем охлаждать водяной пар? Не надо быть "семи пядей во лбу", чтобы догадаться - пойдет обратный процесс фазовых изменений воды:

Пар → вода → лед

Существуют некоторые вещества, которые из твердого состояния переходят сразу в газообразное, минуя жидкую фазу. Такой процесс называется сублимацией или возгонкой . Так, например, ведет себя "сухой лед" (двуокись азота СО 2). При его нагревании вы не увидите ни капли воды, - "сухой лед" будет как бы испаряться на глазах.

Процесс, обратный сублимации (переход вещества из газа в твердое состояние), называется десублимация .