Nella vita di tutti i giorni, incontriamo costantemente tre stati della materia: liquido, gassoso e solido. Abbiamo un'idea abbastanza chiara di cosa siano i solidi e i gas. Un gas è un insieme di molecole che si muovono casualmente in tutte le direzioni. Tutte le molecole di un corpo solido mantengono la loro disposizione reciproca. Oscillano solo leggermente.
Caratteristiche di una sostanza liquida
E cosa sono le sostanze liquide? La loro caratteristica principale è che, occupando una posizione intermedia tra cristalli e gas, combinano alcune proprietà di questi due stati. Ad esempio, per i liquidi, così come per i corpi solidi (cristallini), è caratteristica la presenza di volume. Tuttavia, allo stesso tempo, le sostanze liquide, come i gas, prendono la forma del recipiente in cui si trovano. Molti di noi credono di non avere una propria forma. Tuttavia, non lo è. La forma naturale di qualsiasi liquido -palla. La gravità di solito gli impedisce di assumere questa forma, quindi il liquido assume la forma di un recipiente o si diffonde sottilmente sulla superficie.
In termini di proprietà, lo stato liquido di una sostanza è particolarmente complesso, a causa della sua posizione intermedia. Ha cominciato ad essere studiato fin dai tempi di Archimede (2200 anni fa). Tuttavia, l'analisi del comportamento delle molecole di una sostanza liquida è ancora una delle aree più difficili della scienza applicata. Non esiste ancora una teoria dei liquidi generalmente accettata e completamente completa. Tuttavia, possiamo dire qualcosa sul loro comportamento in modo abbastanza sicuro.
Comportamento delle molecole in un liquido
Un fluido è qualcosa che può fluire. L'ordine a corto raggio si osserva nella disposizione delle sue particelle. Ciò significa che la posizione dei vicini più vicini ad essa, rispetto a qualsiasi particella, è ordinata. Tuttavia, man mano che si allontana dagli altri, la sua posizione nei loro confronti diventa sempre meno ordinata, e quindi l'ordine scompare del tutto. Le sostanze liquide sono costituite da molecole che si muovono molto più liberamente che nei solidi (e ancor più liberamente nei gas). Per un certo tempo, ognuno di loro si precipita prima in una direzione, poi nell' altra, senza allontanarsi dai suoi vicini. Tuttavia, di tanto in tanto, una molecola liquida esce dall'ambiente. Arriva in un nuovo posto trasferendosi in un altro posto. Anche in questo caso, per un certo periodo di tempo, fa movimenti simili a oscillazioni.
Y. Il contributo di I. Frenkel allo studio dei liquidi
I. I. Frenkel, uno scienziato sovietico, ha un grande merito nello sviluppo di un certo numero diproblemi su un argomento come le sostanze liquide. La chimica avanzò notevolmente grazie alle sue scoperte. Credeva che il movimento termico nei liquidi avesse il carattere seguente. Per un certo tempo, ogni molecola oscilla attorno alla posizione di equilibrio. Tuttavia, cambia di volta in volta la sua posizione, spostandosi bruscamente in una nuova posizione, che è separata dalla precedente da una distanza che è all'incirca la dimensione di questa molecola stessa. In altre parole, all'interno del liquido, le molecole si muovono, ma lentamente. Alcune volte stanno vicino a certi posti. Di conseguenza, il loro movimento è qualcosa come un miscuglio di movimenti nel gas e nel corpo solido. Le fluttuazioni in un luogo dopo un po' vengono sostituite da una transizione libera da un luogo all' altro.
Pressione nel liquido
Ci sono note alcune proprietà della materia liquida a causa della costante interazione con esse. Quindi, dall'esperienza della vita quotidiana, sappiamo che agisce sulla superficie di corpi solidi che entrano in contatto con essa, con determinate forze. Sono chiamate forze di pressione del fluido.
Ad esempio, quando si apre un rubinetto dell'acqua con un dito e si apre l'acqua, sentiamo come preme sul dito. E un nuotatore che si è tuffato a grandi profondità non prova accidentalmente dolore alle orecchie. È spiegato dal fatto che le forze di pressione agiscono sul timpano. L'acqua è una sostanza liquida, quindi ha tutte le sue proprietà. Per misurare la temperatura dell'acqua alla profondità del mare, molto fortetermometri in modo che non possano essere schiacciati dalla pressione del fluido.
Questa pressione è dovuta alla compressione, cioè una variazione del volume del liquido. Ha elasticità in relazione a questo cambiamento. Le forze di pressione sono le forze di elasticità. Pertanto, se un fluido agisce su corpi a contatto con esso, viene compresso. Poiché la densità di una sostanza aumenta durante la compressione, possiamo supporre che i liquidi abbiano elasticità in relazione a una variazione di densità.
Evaporazione
Continuando a considerare le proprietà di una sostanza liquida, passiamo all'evaporazione. Vicino alla sua superficie, così come direttamente nello strato superficiale, agiscono forze che garantiscono l'esistenza stessa di questo strato. Non consentono alle molecole in esso contenute di lasciare il volume del liquido. Tuttavia, a causa del movimento termico, alcuni di essi sviluppano velocità piuttosto elevate, con l'aiuto delle quali diventa possibile superare queste forze e lasciare il liquido. Chiamiamo questo fenomeno evaporazione. Può essere osservato a qualsiasi temperatura dell'aria, tuttavia, con il suo aumento, aumenta l'intensità dell'evaporazione.
Condensazione
Se le molecole che hanno lasciato il liquido vengono rimosse dallo spazio vicino alla sua superficie, alla fine tutto evapora. Se le molecole che lo hanno lasciato non vengono rimosse, formano vapore. Le molecole di vapore che sono cadute nella regione vicino alla superficie del liquido vengono attirate in essa dalle forze di attrazione. Questo processo è chiamato condensazione.
Quindi,se le molecole non vengono rimosse, la velocità di evaporazione diminuisce nel tempo. Se la densità del vapore aumenta ulteriormente, si raggiunge una situazione in cui il numero di molecole che lasciano il liquido in un certo tempo sarà uguale al numero di molecole che vi ritornano nello stesso tempo. Questo crea uno stato di equilibrio dinamico. Il vapore in esso contenuto è chiamato saturo. La sua pressione e densità aumentano con l'aumentare della temperatura. Più è alto, maggiore è il numero di molecole liquide ha energia sufficiente per l'evaporazione e maggiore deve essere la densità del vapore affinché la condensazione corrisponda all'evaporazione.
Ebollizione
Quando, nel processo di riscaldamento di sostanze liquide, si raggiunge una temperatura alla quale i vapori saturi hanno la stessa pressione dell'ambiente esterno, si stabilisce un equilibrio tra vapore saturo e liquido. Se il liquido impartisce una quantità aggiuntiva di calore, la massa di liquido corrispondente viene immediatamente convertita in vapore. Questo processo è chiamato ebollizione.
L'ebollizione è l'intensa evaporazione di un liquido. Si verifica non solo dalla superficie, ma riguarda l'intero volume. All'interno del liquido compaiono bolle di vapore. Per entrare in vapore da un liquido, le molecole devono acquisire energia. È necessario per superare le forze attrattive che le tengono nel liquido.
Punto di ebollizione
Il punto di ebollizione è quello in cuic'è un'uguaglianza di due pressioni: vapori esterni e saturi. Aumenta all'aumentare della pressione e diminuisce al diminuire della pressione. A causa del fatto che la pressione nel liquido cambia con l' altezza della colonna, l'ebollizione in esso avviene a livelli diversi a temperature diverse. Solo il vapore saturo, che si trova sopra la superficie del liquido durante il processo di ebollizione, ha una certa temperatura. È determinato solo dalla pressione esterna. Questo è ciò che intendiamo quando parliamo di punto di ebollizione. Si differenzia per i diversi liquidi, che è ampiamente utilizzato in ingegneria, in particolare durante la distillazione di prodotti petroliferi.
Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di calore richiesta per trasformare una quantità di liquido definita isotermicamente in vapore se la pressione esterna è uguale alla pressione del vapore saturo.
Proprietà dei film liquidi
Sappiamo tutti come ottenere la schiuma sciogliendo il sapone nell'acqua. Questo non è altro che molte bolle, che sono limitate dal film più sottile costituito da liquido. Tuttavia, dal liquido schiumogeno si può anche ottenere una pellicola separata. Le sue proprietà sono molto interessanti. Questi film possono essere molto sottili: il loro spessore nelle parti più sottili non supera il centomillesimo di millimetro. Tuttavia, a volte sono molto stabili, nonostante ciò. Il film di sapone può subire deformazioni e stiramenti, un getto d'acqua può attraversarlo senza distruggerlo. Come spiegare tale stabilità? Affinché un film appaia, è necessario aggiungere sostanze che si dissolvono in esso a un liquido puro. Ma non qualsiasi, ma tale,che riducono significativamente la tensione superficiale.
Film liquidi in natura e tecnologia
Nella tecnologia e nella natura, ci incontriamo principalmente non con i singoli film, ma con la schiuma, che è la loro combinazione. Si può spesso osservare nei ruscelli, dove piccoli ruscelli cadono in acque calme. La capacità dell'acqua di schiumare in questo caso è associata alla presenza di materia organica in essa secreta dalle radici delle piante. Questo è un esempio di come schiumano le sostanze liquide naturali. Ma per quanto riguarda la tecnologia? Durante la costruzione, ad esempio, vengono utilizzati materiali speciali che hanno una struttura cellulare simile alla schiuma. Sono leggeri, economici, abbastanza potenti, conducono male il suono e il calore. Per ottenerli vengono aggiunti agenti schiumogeni a soluzioni speciali.
Conclusione
Quindi, abbiamo imparato quali sostanze sono liquide, abbiamo scoperto che il liquido è uno stato intermedio della materia tra gassoso e solido. Pertanto, ha proprietà caratteristiche di entrambi. I cristalli liquidi, ampiamente utilizzati oggi nella tecnologia e nell'industria (ad esempio i display a cristalli liquidi) sono un ottimo esempio di questo stato della materia. Combinano le proprietà di solidi e liquidi. È difficile immaginare quali sostanze liquide inventerà la scienza in futuro. Tuttavia, è chiaro che c'è un grande potenziale in questo stato della materia che può essere utilizzato a beneficio dell'umanità.
Speciale interesse per la considerazione dei processi fisici e chimici che si verificanoallo stato liquido, a causa del fatto che la persona stessa è composta per il 90% da acqua, che è il liquido più comune sulla Terra. È in esso che si svolgono tutti i processi vitali sia nel mondo vegetale che in quello animale. Pertanto, è importante per tutti noi studiare lo stato liquido della materia.
