Im Alltag begegnen wir ständig drei Aggregatzuständen - flüssig, gasförmig und fest. Wir haben eine ziemlich klare Vorstellung davon, was Feststoffe und Gase sind. Ein Gas ist eine Ansammlung von Molekülen, die sich zufällig in alle Richtungen bewegen. Alle Moleküle eines Festkörpers beh alten ihre gegenseitige Anordnung bei. Sie schwingen nur leicht.
Eigenschaften eines flüssigen Stoffes
Und was sind flüssige Substanzen? Ihr Hauptmerkmal ist, dass sie, indem sie eine Zwischenstellung zwischen Kristallen und Gasen einnehmen, bestimmte Eigenschaften dieser beiden Zustände vereinen. Beispielsweise ist sowohl für Flüssigkeiten als auch für feste (kristalline) Körper das Vorhandensein von Volumen charakteristisch. Gleichzeitig nehmen flüssige Stoffe wie Gase jedoch die Form des Gefäßes an, in dem sie sich befinden. Viele von uns glauben, dass sie keine eigene Form haben. Dies ist jedoch nicht der Fall. Die natürliche Form jeder Flüssigkeit -Ball. Die Schwerkraft verhindert normalerweise, dass sie diese Form annimmt, sodass die Flüssigkeit entweder die Form eines Gefäßes annimmt oder sich dünn auf der Oberfläche ausbreitet.
Der flüssige Zustand eines Stoffes ist aufgrund seiner Zwischenstellung in seinen Eigenschaften besonders komplex. Es wurde seit der Zeit von Archimedes (vor 2200 Jahren) untersucht. Die Analyse, wie sich die Moleküle einer flüssigen Substanz verh alten, gehört jedoch noch immer zu den schwierigsten Gebieten der angewandten Wissenschaft. Eine allgemein anerkannte und vollständig abgeschlossene Flüssigkeitstheorie gibt es noch nicht. Wir können jedoch ziemlich sicher etwas über ihr Verh alten sagen.
Verh alten von Molekülen in einer Flüssigkeit
Eine Flüssigkeit ist etwas, das fließen kann. Die Nahordnung wird in der Anordnung ihrer Teilchen beobachtet. Dies bedeutet, dass die Position der Nachbarn, die ihm am nächsten sind, in Bezug auf jedes Partikel geordnet ist. Wenn sie sich jedoch von anderen entfernt, wird ihre Position in Bezug auf sie immer weniger geordnet, und dann verschwindet die Ordnung vollständig. Flüssige Substanzen bestehen aus Molekülen, die sich viel freier bewegen als in Festkörpern (und noch freier in Gasen). Für eine gewisse Zeit eilt jeder von ihnen zuerst in die eine Richtung, dann in die andere, ohne sich von seinen Nachbarn zu entfernen. Allerdings bricht von Zeit zu Zeit ein flüssiges Molekül aus der Umgebung aus. Sie kommt an einen neuen Ort, indem sie an einen anderen Ort zieht. Auch hier macht sie für eine gewisse Zeit wackelige Bewegungen.
Y. I. Frenkels Beitrag zum Studium der Flüssigkeiten
I. I. Frenkel, ein sowjetischer Wissenschaftler, hat große Verdienste um die Entwicklung einer Reihe vonProbleme zu einem Thema wie flüssige Substanzen. Dank seiner Entdeckungen machte die Chemie große Fortschritte. Er glaubte, dass die thermische Bewegung in Flüssigkeiten den folgenden Charakter hat. Jedes Molekül schwingt für eine gewisse Zeit um die Gleichgewichtslage. Es wechselt jedoch von Zeit zu Zeit seinen Platz und bewegt sich abrupt an eine neue Position, die von der vorherigen um eine Entfernung entfernt ist, die ungefähr der Größe dieses Moleküls selbst entspricht. Mit anderen Worten, innerhalb der Flüssigkeit bewegen sich die Moleküle, aber langsam. Manchmal h alten sie sich in der Nähe bestimmter Orte auf. Folglich ist ihre Bewegung so etwas wie eine Mischung aus Bewegungen im Gas und im festen Körper. Schwankungen an einem Ort werden nach einiger Zeit durch einen freien Übergang von Ort zu Ort ersetzt.
Druck in Flüssigkeit
Einige Eigenschaften flüssiger Materie sind uns aufgrund der ständigen Wechselwirkung mit ihnen bekannt. Aus der Erfahrung des Alltags wissen wir also, dass es auf die Oberfläche fester Körper, die damit in Berührung kommen, mit bestimmten Kräften wirkt. Sie werden Fluiddruckkräfte genannt.
Zum Beispiel, wenn wir einen Wasserhahn mit dem Finger öffnen und das Wasser aufdrehen, spüren wir, wie es auf den Finger drückt. Und ein Schwimmer, der in große Tiefen getaucht ist, hat nicht versehentlich Schmerzen in den Ohren. Es erklärt sich dadurch, dass Druckkräfte auf das Trommelfell wirken. Wasser ist eine flüssige Substanz, also hat es alle seine Eigenschaften. Um die Wassertemperatur in der Meerestiefe zu messen, sehr starkThermometer, damit sie nicht durch Flüssigkeitsdruck zerquetscht werden können.
Dieser Druck entsteht durch Kompression, also eine Volumenänderung der Flüssigkeit. Es hat Elastizität in Bezug auf diese Veränderung. Die Druckkräfte sind die Elastizitätskräfte. Wirkt also eine Flüssigkeit auf mit ihr in Kontakt stehende Körper, so wird sie komprimiert. Da die Dichte eines Stoffes bei Kompression zunimmt, können wir davon ausgehen, dass Flüssigkeiten in Abhängigkeit von einer Dichteänderung elastisch sind.
Verdunstung
Um die Eigenschaften einer flüssigen Substanz weiter zu betrachten, wenden wir uns der Verdunstung zu. In der Nähe seiner Oberfläche sowie direkt in der Oberflächenschicht wirken Kräfte, die die Existenz dieser Schicht überhaupt gewährleisten. Sie erlauben den darin enth altenen Molekülen nicht, das Volumen der Flüssigkeit zu verlassen. Einige von ihnen entwickeln jedoch aufgrund thermischer Bewegung ziemlich hohe Geschwindigkeiten, mit deren Hilfe es möglich wird, diese Kräfte zu überwinden und die Flüssigkeit zu verlassen. Wir nennen dieses Phänomen Verdunstung. Es kann bei jeder Lufttemperatur beobachtet werden, jedoch nimmt mit seiner Zunahme die Intensität der Verdunstung zu.
Kondensation
Wenn die Moleküle, die die Flüssigkeit verlassen haben, aus dem Raum nahe ihrer Oberfläche entfernt werden, dann verdunstet schließlich alles. Wenn die Moleküle, die es verlassen haben, nicht entfernt werden, bilden sie Dampf. Dampfmoleküle, die in den Bereich nahe der Oberfläche der Flüssigkeit gefallen sind, werden durch die Anziehungskräfte hineingezogen. Dieser Vorgang wird Kondensation genannt.
Daher,Wenn die Moleküle nicht entfernt werden, nimmt die Verdunstungsrate mit der Zeit ab. Wenn die Dampfdichte weiter zunimmt, wird eine Situation erreicht, in der die Anzahl der Moleküle, die die Flüssigkeit in einer bestimmten Zeit verlassen, gleich der Anzahl der Moleküle ist, die in derselben Zeit in sie zurückkehren. Dadurch entsteht ein dynamischer Gleichgewichtszustand. Der darin enth altene Dampf wird als gesättigt bezeichnet. Sein Druck und seine Dichte nehmen mit steigender Temperatur zu. Je höher sie ist, desto mehr Flüssigkeitsmoleküle haben genügend Energie zur Verdampfung und desto größer muss die Dichte des Dampfes sein, damit die Kondensation der Verdampfung entspricht.
Kochen
Wenn beim Erhitzen flüssiger Stoffe eine Temperatur erreicht wird, bei der gesättigte Dämpfe den gleichen Druck wie die äußere Umgebung haben, stellt sich ein Gleichgewicht zwischen gesättigtem Dampf und Flüssigkeit ein. Bringt die Flüssigkeit zusätzlich Wärme ein, wird die entsprechende Flüssigkeitsmasse sofort in Dampf umgewandelt. Dieser Vorgang wird Kochen genannt.
Kochen ist das intensive Verdampfen einer Flüssigkeit. Sie tritt nicht nur an der Oberfläche auf, sondern betrifft ihr gesamtes Volumen. In der Flüssigkeit treten Dampfblasen auf. Um aus einer Flüssigkeit in Dampf überzugehen, müssen Moleküle Energie aufnehmen. Es wird benötigt, um die Anziehungskräfte zu überwinden, die sie in der Flüssigkeit h alten.
Siedepunkt
Der Siedepunkt ist derjenige, bei demes gibt eine Gleichheit von zwei Drücken - äußerer und gesättigter Dampf. Sie nimmt mit steigendem Druck zu und mit fallendem Druck ab. Aufgrund der Tatsache, dass sich der Druck in der Flüssigkeit mit der Höhe der Säule ändert, tritt das Sieden darin auf unterschiedlichen Ebenen bei unterschiedlichen Temperaturen auf. Nur Sattdampf, der sich beim Siedevorgang über der Flüssigkeitsoberfläche befindet, hat eine bestimmte Temperatur. Sie wird nur durch äußeren Druck bestimmt. Das meinen wir, wenn wir vom Siedepunkt sprechen. Es unterscheidet sich für verschiedene Flüssigkeiten, was in der Technik weit verbreitet ist, insbesondere beim Destillieren von Erdölprodukten.
Verdampfungswärme ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um eine isotherm definierte Flüssigkeitsmenge in Dampf zu überführen, wenn der Außendruck gleich dem Sättigungsdampfdruck ist.
Eigenschaften flüssiger Filme
Wir alle wissen, wie man Schaum bekommt, indem man Seife in Wasser auflöst. Das sind nichts als viele Bläschen, die durch einen hauchdünnen Flüssigkeitsfilm begrenzt werden. Aus der aufschäumenden Flüssigkeit kann aber auch ein separater Film gewonnen werden. Seine Eigenschaften sind sehr interessant. Diese Filme können sehr dünn sein: Ihre Dicke an den dünnsten Stellen übersteigt einen hunderttausendstel Millimeter nicht. Trotzdem sind sie manchmal sehr stabil. Der Seifenfilm kann verformt und gedehnt werden, ein Wasserstrahl kann ihn durchdringen, ohne ihn zu zerstören. Wie ist eine solche Stabilität zu erklären? Damit ein Film entsteht, müssen einer reinen Flüssigkeit Substanzen zugesetzt werden, die sich darin auflösen. Aber nicht irgendwelche, sondern solche,was die Oberflächenspannung deutlich senkt.
Flüssigfilme in Natur und Technik
In Technik und Natur treffen wir hauptsächlich nicht auf einzelne Folien, sondern auf Schaum, also deren Kombination. Es kann oft in Bächen beobachtet werden, wo kleine Bäche in ruhiges Wasser münden. Die Fähigkeit von Wasser zu schäumen ist in diesem Fall mit dem Vorhandensein von organischem Material verbunden, das von den Wurzeln der Pflanzen ausgeschieden wird. Dies ist ein Beispiel dafür, wie natürliche flüssige Substanzen schäumen. Aber was ist mit der Technik? Beim Bau werden beispielsweise spezielle Materialien verwendet, die eine Zellstruktur haben, die Schaum ähnelt. Sie sind leicht, billig, stark genug, leiten Schall und Wärme schlecht. Zu ihrer Gewinnung werden speziellen Lösungen Treibmittel zugesetzt.
Schlussfolgerung
Also, wir haben gelernt, welche Substanzen flüssig sind, haben herausgefunden, dass die Flüssigkeit ein Zwischenzustand der Materie zwischen gasförmig und fest ist. Daher hat es Eigenschaften, die für beide charakteristisch sind. Ein Paradebeispiel für diesen Sachverh alt sind Flüssigkristalle, die heute in Technik und Industrie weit verbreitet sind (z. B. Flüssigkristalldisplays). Sie vereinen die Eigenschaften von Feststoffen und Flüssigkeiten. Es ist schwer vorstellbar, was die Flüssigstoffwissenschaft in Zukunft erfinden wird. Klar ist jedoch, dass in diesem Aggregatzustand ein großes Potenzial steckt, das zum Wohle der Menschheit genutzt werden kann.
Besonderes Interesse an der Betrachtung ablaufender physikalischer und chemischer Prozessein flüssigem Zustand, da der Mensch selbst zu 90% aus Wasser besteht, der häufigsten Flüssigkeit auf der Erde. Darin finden alle lebenswichtigen Prozesse sowohl in der Pflanzen- als auch in der Tierwelt statt. Daher ist es für uns alle wichtig, den flüssigen Zustand der Materie zu untersuchen.
