في الحياة اليومية ، نواجه باستمرار ثلاث حالات للمادة - سائلة وغازية وصلبة. لدينا فكرة واضحة إلى حد ما عن ماهية المواد الصلبة والغازات. الغاز عبارة عن مجموعة من الجزيئات تتحرك بشكل عشوائي في جميع الاتجاهات. تحافظ جميع جزيئات الجسم الصلب على ترتيبها المتبادل. هم يتأرجحون قليلا فقط
ميزات المادة السائلة
وماهي المواد السائلة؟ ميزتها الرئيسية هي أنها تحتل موقعًا وسيطًا بين البلورات والغازات ، فإنها تجمع بين خصائص معينة لهاتين الحالتين. على سبيل المثال ، بالنسبة للسوائل ، وكذلك للأجسام الصلبة (البلورية) ، فإن وجود الحجم هو سمة مميزة. ومع ذلك ، في نفس الوقت ، تأخذ المواد السائلة ، مثل الغازات ، شكل الوعاء الذي توجد فيه. يعتقد الكثير منا أنه ليس لديهم شكلهم الخاص. ومع ذلك ، فهي ليست كذلك. الشكل الطبيعي لأي سائل -كرة. تمنعه الجاذبية عادة من اتخاذ هذا الشكل ، لذلك إما أن يأخذ السائل شكل وعاء أو ينتشر بشكل رقيق على السطح.
من حيث خصائصها ، فإن الحالة السائلة للمادة معقدة بشكل خاص ، بسبب موقعها الوسيط. بدأت دراستها منذ عهد أرخميدس (قبل 2200 سنة). ومع ذلك ، فإن تحليل كيفية تصرف جزيئات المادة السائلة لا يزال أحد أصعب مجالات العلوم التطبيقية. لا توجد حتى الآن نظرية كاملة ومقبولة بشكل عام عن السوائل. ومع ذلك ، يمكننا أن نقول شيئًا ما عن سلوكهم بكل تأكيد.
سلوك الجزيئات في سائل
السائل هو شيء يمكن أن يتدفق. يتم ملاحظة الترتيب قصير المدى في ترتيب جزيئاته. هذا يعني أن موقع الجيران الأقرب إليه ، فيما يتعلق بأي جسيم ، مرتب. ومع ذلك ، عندما تبتعد عن الآخرين ، يصبح وضعها فيما يتعلق بهم أقل ترتيبًا ، ثم يختفي الترتيب تمامًا. تتكون المواد السائلة من جزيئات تتحرك بحرية أكبر بكثير من المواد الصلبة (وحتى بحرية أكبر في الغازات). لبعض الوقت ، يندفع كل منهم أولاً في اتجاه واحد ، ثم في الاتجاه الآخر ، دون الابتعاد عن جيرانه. ومع ذلك ، فإن الجزيء السائل يندلع من البيئة من وقت لآخر. تصل إلى مكان جديد بالانتقال إلى مكان آخر. هنا مرة أخرى ، ولفترة زمنية معينة ، تقوم بحركات متذبذبة
Y. I مساهمة فرنكل في دراسة السوائل
أنا. I. Frenkel ، العالم السوفيتي ، لديه ميزة كبيرة في تطوير عدد منمشاكل في موضوع مثل المواد السائلة. تقدمت الكيمياء بشكل كبير بفضل اكتشافاته. كان يعتقد أن الحركة الحرارية في السوائل لها الصفة التالية. لفترة معينة ، يتأرجح كل جزيء حول موضع التوازن. ومع ذلك ، فإنه يغير مكانه من وقت لآخر ، متحركًا بشكل مفاجئ إلى موضع جديد ، والذي يتم فصله عن الموضع السابق بمسافة تقارب حجم هذا الجزيء نفسه. بمعنى آخر ، تتحرك الجزيئات داخل السائل ، ولكن ببطء. في بعض الأوقات يقيمون بالقرب من أماكن معينة. وبالتالي ، فإن حركتهم تشبه مزيجًا من الحركات في الغاز والجسم الصلب. التقلبات في مكان واحد بعد فترة يتم استبدالها بالانتقال الحر من مكان إلى آخر.
الضغط في السائل
بعض خواص المادة السائلة معروفة لنا بسبب التفاعل المستمر معها. لذلك ، من تجربة الحياة اليومية ، نعلم أنها تعمل على سطح الأجسام الصلبة التي تتلامس معها ، مع قوى معينة. يطلق عليهم قوى ضغط السوائل.
على سبيل المثال ، عند فتح صنبور الماء بإصبع وتشغيل الماء ، نشعر كيف يضغط على الإصبع. والسباح الذي يغوص لأعماق كبيرة لا يشعر مصادفة بألم في أذنيه. يفسر من خلال حقيقة أن قوى الضغط تعمل على طبلة الأذن. الماء مادة سائلة لذلك له كل خصائصه. بهدف قياس درجة حرارة المياه في أعماق البحر قوية جداموازين الحرارة حتى لا يتم سحقها بضغط السوائل.
هذا الضغط ناتج عن الضغط ، أي تغيير في حجم السائل. لديها مرونة فيما يتعلق بهذا التغيير. قوى الضغط هي قوى المرونة. لذلك ، إذا كان السائل يعمل على الأجسام الملامسة له ، فإنه يتم ضغطه. نظرًا لأن كثافة مادة ما تزداد أثناء الانضغاط ، يمكننا أن نفترض أن السوائل لها مرونة فيما يتعلق بالتغير في الكثافة.
التبخر
استمرارًا في النظر في خصائص المادة السائلة ، ننتقل إلى التبخر. بالقرب من سطحه ، وكذلك مباشرة في الطبقة السطحية ، تعمل القوى التي تضمن وجود هذه الطبقة. لا تسمح للجزيئات الموجودة فيه بمغادرة حجم السائل. ومع ذلك ، بسبب الحركة الحرارية ، يطور بعضهم سرعات عالية إلى حد ما ، مما يساعد على التغلب على هذه القوى وترك السائل. نسمي هذه الظاهرة التبخر. يمكن ملاحظته في أي درجة حرارة للهواء ، ومع ذلك ، مع زيادتها ، تزداد شدة التبخر.
التكثيف
إذا تمت إزالة الجزيئات التي تركت السائل من الفضاء القريب من سطحه ، فسيتبخر كل منها في النهاية. إذا لم تتم إزالة الجزيئات التي تركتها ، فإنها تشكل بخارًا. يتم سحب جزيئات البخار التي سقطت في المنطقة القريبة من سطح السائل إليها بواسطة قوى الجذب. هذه العملية تسمى التكثيف.
ومن ثمإذا لم تتم إزالة الجزيئات ، فإن معدل التبخر يتناقص بمرور الوقت. إذا زادت كثافة البخار أكثر ، يتم الوصول إلى حالة يكون فيها عدد الجزيئات التي تترك السائل في وقت معين مساويًا لعدد الجزيئات التي تعود إليه في نفس الوقت. هذا يخلق حالة من التوازن الديناميكي. يسمى البخار الموجود فيه مشبع. يزداد ضغطها وكثافتها مع زيادة درجة الحرارة. وكلما زاد عدد الجزيئات السائلة التي لديها طاقة كافية للتبخر ، وزادت كثافة البخار حتى يصبح التكثيف متساويًا في التبخر.
الغليان
عندما يتم ، في عملية تسخين المواد السائلة ، الوصول إلى درجة حرارة يكون فيها للأبخرة المشبعة نفس ضغط البيئة الخارجية ، يتم إنشاء توازن بين البخار المشبع والسائل. إذا أعطى السائل كمية إضافية من الحرارة ، فإن كتلة السائل المقابلة تتحول على الفور إلى بخار. هذه العملية تسمى الغليان.
الغليان هو التبخر الشديد للسائل. لا يحدث فقط من السطح ، ولكنه يتعلق بحجمه بالكامل. تظهر فقاعات بخار داخل السائل. لكي تتحول الجزيئات إلى بخار من سائل ما ، فإنها تحتاج إلى اكتساب الطاقة. مطلوب للتغلب على القوى الجاذبة التي تبقيهم في السائل
نقطة الغليان
نقطة الغليان هي النقطة التي عندهاهناك مساواة بين ضغوط - الأبخرة الخارجية والمشبعة. يزداد مع زيادة الضغط وينقص مع انخفاض الضغط. نظرًا لحقيقة أن الضغط في السائل يتغير مع ارتفاع العمود ، فإن الغليان فيه يحدث عند مستويات مختلفة عند درجات حرارة مختلفة. فقط البخار المشبع ، الموجود فوق سطح السائل أثناء عملية الغليان ، له درجة حرارة معينة. يتم تحديده فقط عن طريق الضغط الخارجي. هذا ما نعنيه عندما نتحدث عن نقطة الغليان. وهي تختلف باختلاف السوائل التي تستخدم بكثرة في الهندسة ولا سيما عند تقطير المنتجات البترولية.
حرارة التبخر الكامنة هي مقدار الحرارة المطلوبة لتحويل كمية محددة من السائل إلى بخار إذا كان الضغط الخارجي هو نفسه ضغط البخار المشبع.
خصائص الأغشية السائلة
نعلم جميعًا كيفية الحصول على رغوة عن طريق إذابة الصابون في الماء. هذا ليس سوى الكثير من الفقاعات ، التي يحدها أنحف فيلم يتكون من السائل. ومع ذلك ، يمكن أيضًا الحصول على فيلم منفصل من سائل الرغوة. خصائصه مثيرة جدا للاهتمام. يمكن أن تكون هذه الأغشية رفيعة جدًا: لا يتجاوز سمكها في الأجزاء الرفيعة مائة ألف من المليمتر. ومع ذلك ، فهي في بعض الأحيان مستقرة للغاية ، على الرغم من هذا. يمكن أن يتعرض فيلم الصابون للتشوه والتمدد ، ويمكن لنفث الماء أن يمر عبره دون إتلافه. كيف نفسر هذا الاستقرار؟ لكي يظهر الفيلم ، من الضروري إضافة المواد التي تذوب فيه إلى سائل نقي. لكن ليس أي شيء ، ولكن هذا ،مما يقلل التوتر السطحي بشكل ملحوظ.
أفلام سائلة في الطبيعة والتكنولوجيا
في التكنولوجيا والطبيعة ، لا نلتقي بشكل أساسي مع الأفلام الفردية ، ولكن بالرغوة ، وهي مزيجها. يمكن ملاحظته في كثير من الأحيان في الجداول ، حيث تسقط الجداول الصغيرة في المياه الهادئة. ترتبط قدرة الماء على تكوين رغوة في هذه الحالة بوجود مادة عضوية فيه تفرزها جذور النباتات. هذا مثال على كيفية رغوة المواد السائلة الطبيعية. لكن ماذا عن التكنولوجيا؟ أثناء البناء ، على سبيل المثال ، يتم استخدام مواد خاصة لها بنية خلوية تشبه الرغوة. فهي خفيفة ورخيصة وقوية بما فيه الكفاية وسوء توصيل الصوت والحرارة. للحصول عليها ، يتم إضافة عوامل الرغوة إلى حلول خاصة.
الخلاصة
إذن ، تعلمنا ما هي المواد السائلة ، اكتشفنا أن السائل هو حالة وسيطة للمادة بين الغازية والصلبة. لذلك ، لها خصائص مميزة لكليهما. تعتبر البلورات السائلة ، التي تُستخدم على نطاق واسع اليوم في التكنولوجيا والصناعة (على سبيل المثال ، شاشات الكريستال السائل) مثالًا رئيسيًا على حالة المادة هذه. يجمعون بين خصائص المواد الصلبة والسوائل. من الصعب تخيل ما سيبتكره علم المواد السائلة في المستقبل. ومع ذلك ، فمن الواضح أن هناك إمكانات كبيرة في هذه الحالة يمكن استخدامها لصالح البشرية.
اهتمام خاص بالنظر في العمليات الفيزيائية والكيميائية التي تحدثفي حالة سائلة ، بسبب حقيقة أن الإنسان نفسه يتكون من 90٪ من الماء ، وهو أكثر السوائل شيوعًا على وجه الأرض. حيث تتم جميع العمليات الحيوية في كل من النبات والحيوان. لذلك ، من المهم لنا جميعًا دراسة الحالة السائلة للمادة.
