I hverdagen møder vi konstant tre tilstande af stof - flydende, gasformig og fast. Vi har en ret klar idé om, hvad faste stoffer og gasser er. En gas er en samling af molekyler, der bevæger sig tilfældigt i alle retninger. Alle molekyler i et fast legeme bevarer deres indbyrdes arrangement. De svinger kun lidt.
Funktioner ved et flydende stof
Og hvad er flydende stoffer? Deres hovedtræk er, at de, som indtager en mellemposition mellem krystaller og gasser, kombinerer visse egenskaber ved disse to tilstande. For eksempel for væsker såvel som for faste (krystallinske) legemer er tilstedeværelsen af volumen karakteristisk. Men samtidig antager flydende stoffer, som gasser, formen af det kar, hvori de er placeret. Mange af os tror, at de ikke har deres egen form. Det er det dog ikke. Den naturlige form af enhver væske -bold. Tyngdekraften forhindrer den norm alt i at antage denne form, så væsken antager enten form som et kar eller spreder sig tyndt ud over overfladen.
Med hensyn til dets egenskaber er et stofs flydende tilstand særlig kompleks på grund af dets mellemliggende position. Det begyndte at blive studeret siden Arkimedes tid (2200 år siden). Analysen af, hvordan et flydende stofs molekyler opfører sig, er dog stadig et af de vanskeligste områder inden for anvendt videnskab. Der er stadig ingen generelt accepteret og fuldstændig komplet teori om væsker. Vi kan dog sige noget om deres adfærd helt bestemt.
Molekylers opførsel i en væske
En væske er noget, der kan flyde. Kortrækkefølgen observeres i arrangementet af dets partikler. Det betyder, at placeringen af de nærmeste naboer, med hensyn til enhver partikel, er bestilt. Men efterhånden som hun bevæger sig væk fra andre, bliver hendes position i forhold til dem mindre og mindre ordnet, og så forsvinder ordenen helt. Flydende stoffer består af molekyler, der bevæger sig meget mere frit end i faste stoffer (og endnu mere frit i gasser). I en vis tid skynder hver af dem først i den ene retning, derefter i den anden, uden at bevæge sig væk fra sine naboer. Et flydende molekyle bryder dog fra tid til anden ud af miljøet. Hun kommer et nyt sted hen ved at flytte et andet sted hen. Her laver hun igen i et vist stykke tid vaklende bevægelser.
Y. I. Frenkels bidrag til studiet af væsker
I. I. Frenkel, en sovjetisk videnskabsmand, har stor fortjeneste i udviklingen af en rækkeproblemer om et emne som flydende stoffer. Kemien udviklede sig meget takket være hans opdagelser. Han mente, at termisk bevægelse i væsker har følgende karakter. I en vis tid svinger hvert molekyle rundt i ligevægtspositionen. Det skifter dog fra tid til anden plads og flytter sig brat til en ny position, som er adskilt fra den forrige med en afstand, der er omtrent på størrelse med dette molekyle selv. Med andre ord, inde i væsken bevæger molekylerne sig, men langsomt. Nogle gange opholder de sig i nærheden af bestemte steder. Følgelig er deres bevægelse noget som en blanding af bevægelser i gassen og i det faste legeme. Udsving på ét sted efter et stykke tid erstattes af en fri overgang fra sted til sted.
Tryk i væske
Nogle egenskaber ved flydende stof er kendt af os på grund af konstant interaktion med dem. Så fra hverdagens erfaringer ved vi, at det virker på overfladen af faste kroppe, der kommer i kontakt med det, med visse kræfter. De kaldes væsketrykkræfter.
For eksempel, når vi åbner en vandhane med en finger og tænder for vandet, mærker vi, hvordan det trykker på fingeren. Og en svømmer, der er dykket til store dybder, oplever ikke ved et uheld smerter i ørerne. Det forklares med, at trykkræfter virker på trommehinden. Vand er et flydende stof, så det har alle dets egenskaber. For at måle temperaturen af vand på dybden af havet, meget stærktermometre, så de ikke kan knuses af væsketryk.
Dette tryk skyldes kompression, det vil sige en ændring i væskens volumen. Den har elasticitet i forhold til denne ændring. Trykkræfterne er elasticitetskræfterne. Derfor, hvis en væske virker på kroppe i kontakt med den, så komprimeres den. Da massefylden af et stof stiger under kompression, kan vi antage, at væsker har elasticitet i forhold til en ændring i massefylde.
Fordampning
Fortsat med at overveje egenskaberne af et flydende stof, vender vi os til fordampning. Nær dens overflade, såvel som direkte i overfladelaget, virker kræfter, der sikrer selve eksistensen af dette lag. De tillader ikke molekylerne i det at forlade væskens volumen. Men på grund af termisk bevægelse udvikler nogle af dem ret høje hastigheder, ved hjælp af hvilke det bliver muligt at overvinde disse kræfter og forlade væsken. Vi kalder dette fænomen fordampning. Det kan observeres ved enhver lufttemperatur, men med dens stigning øges fordampningsintensiteten.
Kondensation
Hvis de molekyler, der har forladt væsken, fjernes fra rummet nær dens overflade, så fordamper det hele til sidst. Hvis de molekyler, der forlod det, ikke fjernes, danner de damp. Dampmolekyler, der er faldet ind i området nær væskens overflade, trækkes ind i det af tiltrækningskræfterne. Denne proces kaldes kondensering.
Derfor,hvis molekylerne ikke fjernes, falder fordampningshastigheden over tid. Hvis damptætheden stiger yderligere, opnås en situation, hvor antallet af molekyler, der forlader væsken i en vis tid, vil være lig med antallet af molekyler, der vender tilbage til den på samme tid. Dette skaber en tilstand af dynamisk ligevægt. Dampen i den kaldes mættet. Dens tryk og tæthed stiger med stigende temperatur. Jo højere den er, jo større er antallet af væskemolekyler, der har tilstrækkelig energi til fordampning, og jo større skal dampens tæthed være, for at kondenseringen svarer til fordampningen.
kogende
Når der i processen med at opvarme flydende stoffer nås en temperatur, hvor mættede dampe har samme tryk som det ydre miljø, etableres en ligevægt mellem mættet damp og væske. Hvis væsken afgiver en ekstra mængde varme, omdannes den tilsvarende væskemasse straks til damp. Denne proces kaldes kogning.
Kogning er den intense fordampning af en væske. Det forekommer ikke kun fra overfladen, men vedrører hele dets volumen. Dampbobler opstår inde i væsken. For at gå i damp fra en væske skal molekyler tilegne sig energi. Det er nødvendigt for at overvinde de tiltrækkende kræfter, der holder dem i væsken.
Kogepunkt
Kogepunktet er det, hvorder er en lighed mellem to tryk - eksterne og mættede dampe. Det stiger, når trykket stiger, og falder, når trykket falder. På grund af det faktum, at trykket i væsken ændres med højden af kolonnen, sker kogning i den på forskellige niveauer ved forskellige temperaturer. Kun mættet damp, som er over væskens overflade under kogningsprocessen, har en vis temperatur. Det bestemmes kun af eksternt tryk. Det er det, vi mener, når vi taler om kogepunktet. Det adskiller sig for forskellige væsker, som er meget udbredt i teknik, især ved destillering af olieprodukter.
Latent fordampningsvarme er den mængde varme, der kræves for at omdanne en isotermisk defineret mængde væske til damp, hvis det eksterne tryk er det samme som det mættede damptryk.
egenskaber for flydende film
Vi ved alle, hvordan man får skum ved at opløse sæbe i vand. Dette er intet andet end en masse bobler, som er begrænset af den tyndeste film bestående af væske. Der kan dog også opnås en separat film fra den skummende væske. Dens egenskaber er meget interessante. Disse film kan være meget tynde: deres tykkelse i de tyndeste dele overstiger ikke en hundrede tusindedel af en millimeter. De er dog nogle gange meget stabile på trods af dette. Sæbefilmen kan udsættes for deformation og strækning, en vandstråle kan passere gennem den uden at ødelægge den. Hvordan forklarer man en sådan stabilitet? For at en film skal vises, er det nødvendigt at tilføje stoffer, der opløses i den, til en ren væske. Men ikke nogen, men sådan,hvilket sænker overfladespændingen markant.
Flydende film i naturen og teknologien
I teknologi og natur mødes vi primært ikke med individuelle film, men med skum, som er deres kombination. Den kan ofte observeres i vandløb, hvor små vandløb falder ud i stille vand. Vandets evne til at skumme i dette tilfælde er forbundet med tilstedeværelsen af organisk materiale i det, som udskilles af planters rødder. Dette er et eksempel på, hvordan naturlige flydende stoffer skummer. Men hvad med teknologien? Under konstruktionen anvendes for eksempel specielle materialer, der har en cellulær struktur, der ligner skum. De er lette, billige, stærke nok, leder dårligt lyd og varme. For at opnå dem tilsættes skummidler til specielle opløsninger.
Konklusion
Så vi har lært, hvilke stoffer der er flydende, fundet ud af, at væsken er en mellemtilstand af stof mellem gasformigt og fast stof. Derfor har den egenskaber, der er karakteristiske for begge. Flydende krystaller, som er meget udbredt i dag i teknologi og industri (f.eks. flydende krystaller) er et glimrende eksempel på denne tilstand. De kombinerer egenskaberne af faste stoffer og væsker. Det er svært at forestille sig, hvilke flydende stoffer videnskaben vil opfinde i fremtiden. Det er dog klart, at der er et stort potentiale i denne materietilstand, som kan bruges til gavn for menneskeheden.
Særlig interesse i overvejelser om fysiske og kemiske processer, der forekommeri flydende tilstand, på grund af at personen selv består af 90 % vand, som er den mest almindelige væske på Jorden. Det er i den, at alle vitale processer finder sted både i planten og i dyreverdenen. Derfor er det vigtigt for os alle at studere stoffets flydende tilstand.
