Вадкія рэчывы і іх ўласцівасці. Вадкае стан рэчыва

У паўсядзённым жыцці мы пастаянна сутыкаемся з трыма станамі рэчывы - вадкім, газападобных і цвёрдым. Пра тое, што ўяўляюць сабой цвёрдыя цела і газы, мы маем даволі яснае ўяўленне. Газ - сукупнасць малекул, якія рухаюцца бязладна па ўсіх напрамках. Усе малекулы цвёрдага цела захоўваюць ўзаемнае размяшчэнне. Яны здзяйсняюць толькі нязначныя ваганні.

Асаблівасці вадкага рэчывы

А што ж уяўляюць сабой вадкія рэчывы? Асноўны іх асаблівасцю з'яўляецца тое, што, займаючы прамежкавае становішча паміж крышталямі і газамі, яны спалучаюць у сабе пэўныя ўласцівасці двух гэтых станаў. Напрыклад, для вадкасцяў, гэтак жа як і для цвёрдых (крышталічных) тэл, ўласціва наяўнасць аб'ёму. Аднак у той жа час вадкія рэчывы, гэтак жа як і газы, прымаюць форму сасуда, у якім знаходзяцца. Многія з нас мяркуюць, што ў іх няма сваёй уласнай формы. Аднак гэта не так. Натуральная форма любой вадкасці - шар. Сіла цяжару звычайна замінае ёй прыняць гэтую форму, таму вадкасць альбо прымае форму сасуда, альбо расцякаецца па паверхні тонкім пластом.

Па сваіх уласцівасцях вадкае стан рэчывы асабліва складана, што абумоўлена прамежкавым яго становішчам. Яно пачало вывучацца яшчэ з часоў Архімеда (2200 гадоў назад). Аднак аналіз таго, як паводзяць сябе малекулы вадкага рэчывы, да гэтага часу з'яўляецца адной з найбольш цяжкіх абласцей прыкладной навукі. Агульнапрызнанай і цалкам скончанай тэорыі вадкасцяў ўсё яшчэ няма. Аднак сёе-тое аб іх паводзінах мы можам сказаць цалкам вызначана.

Паводзіны малекул ў вадкасці

Вадкасць - нешта такое, што можа цечу. Блізкі парадак назіраецца ў размяшчэнні яе часціц. Гэта азначае, што размяшчэнне суседзяў, бліжэйшых да яе, у адносінах да любой частачцы з'яўляецца спарадкаваным. Аднак па меры таго, як яна аддаляецца ад іншых, становішча яе ў адносінах да іх робіцца ўсё менш спарадкаваны, а затым парадак і зусім знікае. Вадкія рэчывы складаюцца з малекул, якія рухаюцца нашмат больш свабодна, чым у цвёрдых целах (а ў газах - яшчэ вальней). На працягу пэўнага часу кожная з іх накіроўваецца то ў адзін бок, то ў другі, не аддаляючыся ад сваіх суседзяў. Аднак малекула вадкасці час ад часу вырываецца з акружэння. Яна трапляе ў новае, пераходзячы ў іншае месца. Тут зноў на працягу пэўнага часу яна здзяйсняе падобныя ваганню руху.

Ўклад Я. І. Френкеля ў вывучэнне вадкасцяў

Я. І. Фрэнкель, савецкаму навукоўцу, вялікія заслугі ў распрацоўцы цэлага шэрагу праблем, прысвечаных такой тэме, як вадкія рэчывы. Хімія моцна прасунулася наперад дзякуючы яго адкрыццяў. Ён лічыў, што ў вадкасцях цеплавы рух мае наступны характар. На працягу пэўнага часу кожная малекула вагаецца каля становішча раўнавагі. Аднак яна мяняе сваё месца час ад часу, перамяшчаючыся скокам на новае палажэнне, якое ад папярэдняга абароніць на адлегласць, якое складае прыкладна памеры самой гэтай малекулы. Іншымі словамі, усярэдзіне вадкасці малекулы перамяшчаюцца, але павольна. Частку часу яны знаходзяцца каля пэўных месцаў. Такім чынам, рух іх уяўляе сабой нешта накшталт сумесі здзяйсняюцца ў газе і ў цвёрдым целе рухаў. Ваганні на адным месцы праз некаторы час змяняюцца свабодным пераходам з месца на месца.

Ціск у вадкасці

Некаторыя ўласцівасці вадкага рэчывы нам вядомыя дзякуючы пастаяннага ўзаемадзеяння з імі. Так, з вопыту штодзённасці мы ведаем пра тое, што яно дзейнічае на паверхню цвёрдых тэл, якія датыкаюцца з ёй, з вядомымі сіламі. Яны называюцца сіламі ціску вадкасці.

Напрыклад, прыадчыняючы адтуліну вадаправоднага крана пальцам і уключаючы ваду, мы адчуваем, як яна цісне на палец. А плывец, які нырнуў на вялікую глыбіню, не выпадкова адчувае боль у вушах. Яна тлумачыцца тым, што на барабанную перапонку вуха ўздзейнічаюць сілы ціску. Вада - вадкае рэчыва, таму яна валодае ўсімі яго ўласцівасцямі. Для таго каб вымераць тэмпературу вады на глыбіні мора, варта выкарыстоўваць вельмі трывалыя тэрмометры, каб іх не магло ўсё спляжыць ціск вадкасці.

Гэты ціск абумоўлена выкарыстаннем кампрэсіі, гэта значыць змяненнем аб'ёму вадкасці. Яна валодае ў адносінах да гэтага змене пругкасцю. Сілы ціску - гэта і ёсць сілы пругкасці. Такім чынам, калі вадкасць дзейнічае на цела, датыкальныя з ёй, значыць, яна сціснутая. Паколькі шчыльнасць рэчывы пры сціску расце, можна лічыць, што вадкасці ў адносінах да змены шчыльнасці валодаюць пругкасцю.

выпарэнне

Працягваючы разглядаць ўласцівасці вадкага рэчывы, пераходзім да выпарэнню. Зблізку паверхні яго, а таксама непасрэдна ў павярхоўным пласце дзейнічаюць сілы, якія забяспечваюць само існаванне гэтага пласта. Яны не дазваляюць пакідаць аб'ём вадкасці малекулам, якія знаходзяцца ў ім. Аднак некаторая іх частка дзякуючы цеплавога руху развівае даволі вялікія хуткасці, з дапамогай якіх становіцца магчыма пераадолець гэтыя сілы і пакінуць вадкасць. Мы называем гэта з'ява выпарэннем. Яго можна назіраць пры любой тэмпературы паветра, аднак з яе павелічэннем інтэнсіўнасць выпарэння ўзрастае.

кандэнсацыя

Калі малекулы, што пакінулі вадкасць, выдаляюцца з прасторы, якая знаходзіцца паблізу яе паверхні, то ўся яна, у рэшце рэшт, выпараецца. Калі ж што пакінулі яе малекулы не выдаляюцца, яны фармуюць пар. Якія трапілі ў вобласць, якая знаходзіцца паблізу паверхні вадкасці, малекулы пары ўцягваюцца ў яе сіламі прыцягнення. Гэты працэс атрымаў назву кандэнсацыі.

Такім чынам, калі малекулы не выдаляюцца, з часам памяншаецца хуткасць выпарэння. Калі шчыльнасць пары ў далейшым павялічваецца, дасягаецца сітуацыя, пры якой колькасць малекул, якія пакідаюць за пэўны час вадкасць, будзе раўняцца колькасці малекул, якія вяртаюцца за гэты ж час у яе. Так узнікае стан дынамічнай раўнавагі. Пар, які знаходзіцца ў ім, называецца насычаным. Ціск і шчыльнасць яго павялічваюцца з павышэннем тэмпературы. Чым яна вышэй, тым большая колькасць малекул вадкасці мае дастатковую для выпарэння энергію і тым большай шчыльнасцю павінен валодаць пар для таго, каб з выпарэннем магла зраўняцца кандэнсацыя.

кіпенне

Калі ў працэсе награвання вадкіх рэчываў дасягаецца такая тэмпература, пры якой насычаныя пары маюць такое ж ціск, як і знешняе асяроддзе, усталёўваецца раўнавагу паміж насычаным парай і вадкасцю. Калі вадкасць паведамляе дадатковую колькасць цеплыні, адразу ж адбываецца ператварэнне ў пар адпаведнай масы вадкасці. Гэты працэс называюць кіпеннем.

Кіпенне ўяўляе сабой інтэнсіўнае выпарэнне вадкасці. Яно адбываецца не толькі з паверхні, а тычыцца ўсяго яе аб'ёму. Ўнутры вадкасці з'яўляюцца бурбалкі пара. Для таго каб перайсці ў пар з вадкасці, малекулам неабходна набыць энергію. Яна патрэбна для пераадолення сіл прыцягнення, дзякуючы якім яны ўтрымліваюцца ў вадкасці.

тэмпература кіпення

Тэмпература кіпення - гэта тая, пры якой назіраецца роўнасць двух ціскаў - вонкавага і насычаных пароў. Яна павялічваецца пры павелічэнні ціску і памяншаецца пры яго памяншэнні. З-за таго, што з вышынёй слупа ціск у вадкасці змяняецца, кіпенне ў ёй адбываецца на розных узроўнях пры рознай тэмпературы. Толькі насычаны пар, які знаходзіцца над паверхняй вадкасці ў працэсе кіпення, мае пэўную тэмпературу. Яна вызначаецца толькі вонкавым ціскам. Менавіта яе мы і маем на ўвазе, калі гаворым аб тэмпературы кіпення. Яна адрозніваецца ў розных вадкасцяў, што шырока ўжываецца ў тэхніцы, у прыватнасці, пры разгонке нафтапрадуктаў.

Прыхаваная цеплыня параўтварэння - гэта колькасць цяпла, неабходнае для таго, каб ператварыць у пар ізатэрмічнага пэўную колькасць вадкасці, калі знешні націск тое самае, што і ціск насычаных пароў.

Ўласцівасці вадкасных плёнак

Усе мы ведаем пра тое, як можна атрымаць пену, растварыўшы ў вадзе мыла. Гэта не што іншае, як мноства бурбалак, якія абмежаваныя якая складаецца з вадкасці кепскія нэрвы. Аднак з утваральнай пену вадкасці можна атрымаць таксама і асобную плёнку. Ўласцівасці яе вельмі цікавыя. Плёнкі гэтыя могуць быць вельмі тонкімі: іх таўшчыня ў самых тонкіх частках не перавышае стотысячнай долі міліметра. Аднак яны часам вельмі ўстойлівыя, нягледзячы на гэта. Мыльную плёнку можна падвяргаць дэфармацыі і расцяжэння, скрозь яе можа праходзіць бруя вады, пры гэтым не руйнуючы яе. Як жа растлумачыць такую ўстойлівасць? Для таго каб з'явілася плёнка, неабходна да чыстай вадкасці дадаць рэчывы, якія раствараюцца ў ёй. Але не любыя, а такія, якія значна паніжаюць павярхоўнае нацяжэнне.

Вадкасныя плёнкі ў прыродзе і тэхніцы

У тэхніцы і прыродзе мы сустракаемся галоўнай выявай не з асобнымі плёнкамі, а з пенай, якая ўяўляе сабой іх сукупнасць. Яе нярэдка можна назіраць у ручаях, дзе ў спакойную ваду падаюць невялікія струменьчыкі. Здольнасць вады пеніцца ў дадзеным выпадку звязана з наяўнасцю ў ёй арганічнага рэчыва, якое вылучаюць карані раслін. Гэта прыклад таго, як пеняцца прыродныя вадкія рэчывы. А як жа ідзе справу з тэхнікай? Пры будаўніцтве, напрыклад, выкарыстоўваюць спецыяльныя матэрыялы, якія валодаюць ячэістай структурай, якая нагадвае пену. Яны лёгкія, танныя, досыць трывалыя, дрэнна праводзяць гукі і цеплыню. Для атрымання іх у спецыяльныя растворы дадаюць спрыяюць пенообразованию рэчывы.

выснову

Такім чынам, мы даведаліся, якія рэчывы ставяцца да вадкім, высветлілі, што вадкасць з'яўляецца прамежкавым станам рэчыва паміж газападобных і цвёрдым. Таму ў яе ёсць ўласцівасці, характэрныя для таго і іншага. Вадкія крышталі, якія сёння шырока выкарыстоўваюцца ў тэхніцы і прамысловасці (напрыклад, вадкакрысталічныя дысплеі) з'яўляюцца яркім прыкладам гэтага стану рэчывы. У іх аб'яднаныя ўласцівасці цвёрдых целаў і вадкасцяў. Цяжка ўявіць, якія рэчывы вадкія вынайдзе ў будучыні навука. Аднак ясна, што ў гэтым стане рэчывы ёсць вялікі патэнцыял, які можна выкарыстоўваць на карысць чалавецтва.

Асаблівую цікавасць да разгляду фізіка-хімічных працэсаў, якія праходзяць у вадкім стане, абумоўлены тым, што сам чалавек складаецца на 90% з вады, якая з'яўляецца самай распаўсюджанай на Зямлі вадкасцю. Менавіта ў ёй адбываюцца ўсе жыццёва важныя працэсы як у раслінным, так і ў жывёльным свеце. Таму для ўсіх нас актуальна вывучаць вадкае стан рэчыва.