In die alledaagse lewe kom ons voortdurend drie toestande van materie teë - vloeistof, gasvormig en solied. Ons het 'n redelik duidelike idee van wat vaste stowwe en gasse is. 'n Gas is 'n versameling molekules wat ewekansig in alle rigtings beweeg. Alle molekules van 'n soliede liggaam handhaaf hul onderlinge rangskikking. Hulle ossilleer net effens.
Kenmerke van 'n vloeibare stof
En wat is vloeibare stowwe? Hul hoofkenmerk is dat hulle, wat 'n tussenposisie tussen kristalle en gasse inneem, sekere eienskappe van hierdie twee toestande kombineer. Byvoorbeeld, vir vloeistowwe, sowel as vir vaste (kristallyne) liggame, is die teenwoordigheid van volume kenmerkend. Terselfdertyd neem vloeibare stowwe, soos gasse, egter die vorm aan van die houer waarin hulle geleë is. Baie van ons glo dat hulle nie hul eie vorm het nie. Dit is egter nie. Die natuurlike vorm van enige vloeistof -bal. Swaartekrag verhoed dit gewoonlik om hierdie vorm aan te neem, so die vloeistof neem óf die vorm van 'n houer aan óf versprei dun oor die oppervlak.
Wat die eienskappe daarvan betref, is die vloeibare toestand van 'n stof veral kompleks, as gevolg van sy tussenposisie. Dit het begin om bestudeer te word sedert die tyd van Archimedes (2200 jaar gelede). Die ontleding van hoe die molekules van 'n vloeibare stof optree, is egter steeds een van die moeilikste areas van toegepaste wetenskap. Daar is steeds geen algemeen aanvaarde en heeltemal volledige teorie van vloeistowwe nie. Ons kan egter beslis iets oor hul gedrag sê.
Gedrag van molekules in 'n vloeistof
'n Vloeistof is iets wat kan vloei. Die kortafstand-orde word waargeneem in die rangskikking van sy deeltjies. Dit beteken dat die ligging van die bure naaste daaraan, met betrekking tot enige deeltjie, georden word. Soos sy egter van ander af wegbeweeg, word haar posisie in verhouding tot hulle al hoe minder georden, en dan verdwyn die orde heeltemal. Vloeibare stowwe bestaan uit molekules wat baie vryer beweeg as in vaste stowwe (en selfs meer vrylik in gasse). Vir 'n sekere tyd jaag elkeen van hulle eers in een rigting, dan in die ander, sonder om weg te beweeg van sy bure. 'n Vloeistofmolekule breek egter van tyd tot tyd uit die omgewing. Sy kom by 'n nuwe plek deur na 'n ander plek te verhuis. Hier maak sy weer vir 'n sekere tyd wankelagtige bewegings.
Y. I. Frenkel se bydrae tot die studie van vloeistowwe
I. I. Frenkel, 'n Sowjet-wetenskaplike, het groot meriete in die ontwikkeling van 'n aantalprobleme oor so 'n onderwerp soos vloeibare stowwe. Chemie het baie gevorder danksy sy ontdekkings. Hy het geglo dat termiese beweging in vloeistowwe die volgende karakter het. Vir 'n sekere tyd ossilleer elke molekule om die ewewigsposisie. Dit verander egter van tyd tot tyd van plek en beweeg skielik na 'n nuwe posisie, wat van die vorige een geskei word deur 'n afstand wat ongeveer die grootte van hierdie molekule self is. Met ander woorde, binne die vloeistof beweeg die molekules, maar stadig. Van die tyd bly hulle naby sekere plekke. Gevolglik is hul beweging iets soos 'n mengsel van bewegings in die gas en in die vaste liggaam. Fluktuasies op een plek na 'n rukkie word vervang deur 'n vrye oorgang van plek tot plek.
Druk in vloeistof
Sommige eienskappe van vloeibare materiaal is aan ons bekend as gevolg van konstante interaksie daarmee. So, uit die ervaring van die alledaagse lewe, weet ons dat dit inwerk op die oppervlak van vaste liggame wat daarmee in aanraking kom, met sekere kragte. Hulle word vloeistofdrukkragte genoem.
Byvoorbeeld, wanneer ons 'n waterkraan met 'n vinger oopmaak en die water oopdraai, voel ons hoe dit op die vinger druk. En’n swemmer wat tot groot dieptes geduik het, ervaar nie per ongeluk pyn in sy ore nie. Dit word verklaar deur die feit dat drukkragte op die trommelvlies inwerk. Water is 'n vloeibare stof, so dit het al sy eienskappe. Ten einde die temperatuur van water te meet op die diepte van die see, baie sterktermometers sodat hulle nie deur vloeistofdruk vergruis kan word nie.
Hierdie druk is as gevolg van kompressie, dit wil sê 'n verandering in die volume van die vloeistof. Dit het elastisiteit in verhouding tot hierdie verandering. Die kragte van druk is die kragte van elastisiteit. As 'n vloeistof dus inwerk op liggame wat daarmee in aanraking is, word dit saamgepers. Aangesien die digtheid van 'n stof toeneem tydens kompressie, kan ons aanvaar dat vloeistowwe elastisiteit het in verhouding tot 'n verandering in digtheid.
Evaporation
Om voort te gaan om die eienskappe van 'n vloeibare stof te oorweeg, wend ons ons tot verdamping. Naby sy oppervlak, sowel as direk in die oppervlaklaag, werk kragte in wat die bestaan van hierdie laag verseker. Hulle laat nie toe dat die molekules daarin die volume van die vloeistof verlaat nie. As gevolg van termiese beweging ontwikkel sommige van hulle egter taamlik hoë snelhede, met behulp waarvan dit moontlik word om hierdie kragte te oorkom en die vloeistof te verlaat. Ons noem hierdie verskynsel verdamping. Dit kan by enige lugtemperatuur waargeneem word, maar met die toename daarvan neem die intensiteit van verdamping toe.
Kondensasie
As die molekules wat die vloeistof verlaat het uit die spasie naby sy oppervlak verwyder word, dan verdamp alles uiteindelik. As die molekules wat dit verlaat het nie verwyder word nie, vorm hulle stoom. Dampmolekules wat in die gebied naby die oppervlak van die vloeistof geval het, word deur die aantrekkingskragte daarin ingetrek. Hierdie proses word kondensasie genoem.
Vandaar,as die molekules nie verwyder word nie, neem die tempo van verdamping af met verloop van tyd. As die dampdigtheid verder toeneem, word 'n situasie bereik waarin die aantal molekules wat die vloeistof in 'n sekere tyd verlaat gelyk sal wees aan die aantal molekules wat in dieselfde tyd daarheen terugkeer. Dit skep 'n toestand van dinamiese ewewig. Die damp daarin word versadig genoem. Die druk en digtheid daarvan neem toe met toenemende temperatuur. Hoe hoër dit is, hoe groter het die aantal vloeistofmolekules voldoende energie vir verdamping en hoe groter moet die digtheid van die damp wees sodat kondensasie gelyk is aan verdamping.
Kook
Wanneer, in die proses om vloeibare stowwe te verhit, 'n temperatuur bereik word waarby versadigde dampe dieselfde druk as die eksterne omgewing het, word 'n ewewig tussen versadigde damp en vloeistof bewerkstellig. As die vloeistof 'n bykomende hoeveelheid hitte verleen, word die ooreenstemmende massa vloeistof onmiddellik in damp omgeskakel. Hierdie proses word kook genoem.
Kook is die intense verdamping van 'n vloeistof. Dit kom nie net van die oppervlak af nie, maar het betrekking op sy hele volume. Dampborrels verskyn binne-in die vloeistof. Om uit 'n vloeistof in damp te gaan, moet molekules energie verkry. Dit is nodig om die aantrekkingskragte wat hulle in die vloeistof hou te oorkom.
Kookpunt
Die kookpunt is die een waarbydaar is 'n gelykheid van twee druk - eksterne en versadigde dampe. Dit neem toe soos die druk toeneem en neem af soos die druk afneem. As gevolg van die feit dat die druk in die vloeistof verander met die hoogte van die kolom, vind kook daarin op verskillende vlakke by verskillende temperature plaas. Slegs versadigde stoom, wat tydens die kookproses bo die oppervlak van die vloeistof is, het 'n sekere temperatuur. Dit word slegs deur eksterne druk bepaal. Dit is wat ons bedoel as ons oor die kookpunt praat. Dit verskil vir verskillende vloeistowwe, wat wyd in ingenieurswese gebruik word, veral wanneer petroleumprodukte gedistilleer word.
Latente hitte van verdamping is die hoeveelheid hitte wat benodig word om 'n isotermies gedefinieerde hoeveelheid vloeistof in stoom te verander as die eksterne druk dieselfde is as die versadigde dampdruk.
Eienskappe van vloeibare films
Ons weet almal hoe om skuim te kry deur seep in water op te los. Dit is niks anders as baie borrels, wat beperk word deur die dunste film wat uit vloeistof bestaan nie. 'n Afsonderlike film kan egter ook van die skuimvloeistof verkry word. Die eienskappe daarvan is baie interessant. Hierdie films kan baie dun wees: hul dikte in die dunste dele oorskry nie 'n honderdduisendste van 'n millimeter nie. Hulle is egter soms baie stabiel, ten spyte hiervan. Die seepfilm kan aan vervorming en strek onderwerp word, 'n straal water kan daardeur beweeg sonder om dit te vernietig. Hoe om sulke stabiliteit te verduidelik? Om 'n film te laat verskyn, is dit nodig om stowwe wat daarin oplos, by 'n suiwer vloeistof te voeg. Maar nie enige nie, maar sulkes,wat oppervlakspanning aansienlik verlaag.
Vloeibare films in die natuur en tegnologie
In tegnologie en die natuur ontmoet ons hoofsaaklik nie individuele films nie, maar met skuim, wat hul kombinasie is. Dit kan dikwels in strome waargeneem word, waar klein stroompies in kalm water val. Die vermoë van water om te skuim in hierdie geval word geassosieer met die teenwoordigheid van organiese materiaal daarin, wat deur die wortels van plante afgeskei word. Dit is 'n voorbeeld van hoe natuurlike vloeibare stowwe skuim. Maar wat van die tegnologie? Tydens konstruksie word spesiale materiale byvoorbeeld gebruik wat 'n sellulêre struktuur het wat soos skuim lyk. Hulle is lig, goedkoop, sterk genoeg, gelei klank en hitte swak. Om dit te bekom, word skuimmiddels by spesiale oplossings gevoeg.
Gevolgtrekking
So, ons het geleer watter stowwe vloeibaar is, het uitgevind dat die vloeistof 'n tussentoestand van materie tussen gasvormig en vaste stof is. Daarom het dit eienskappe kenmerkend van beide. Vloeibare kristalle, wat vandag wyd gebruik word in tegnologie en industrie (byvoorbeeld, vloeibare kristal vertoon) is 'n uitstekende voorbeeld van hierdie toestand van materie. Hulle kombineer die eienskappe van vaste stowwe en vloeistowwe. Dit is moeilik om te dink watter vloeibare stowwe die wetenskap in die toekoms sal uitvind. Dit is egter duidelik dat daar groot potensiaal in hierdie toestand van materie is wat tot voordeel van die mensdom gebruik kan word.
Spesiale belangstelling in die oorweging van fisiese en chemiese prosesse wat plaasvindin 'n vloeibare toestand, as gevolg van die feit dat die persoon self uit 90% uit water bestaan, wat die algemeenste vloeistof op Aarde is. Dit is daarin dat alle lewensbelangrike prosesse beide in die plant en in die dierewêreld plaasvind. Daarom is dit vir ons almal belangrik om die vloeibare toestand van materie te bestudeer.
