В ежедневието ние постоянно се сблъскваме с три състояния на материята - течно, газообразно и твърдо. Имаме доста ясна представа какво представляват твърдите тела и газовете. Газът е съвкупност от молекули, които се движат произволно във всички посоки. Всички молекули на твърдо тяло поддържат взаимното си разположение. Те само леко осцилират.
Характеристики на течно вещество
А какво представляват течните вещества? Основната им характеристика е, че заемайки междинно положение между кристалите и газовете, те съчетават определени свойства на тези две състояния. Например за течности, както и за твърди (кристални) тела, е характерно наличието на обем. Но в същото време течните вещества, подобно на газовете, приемат формата на съда, в който се намират. Много от нас вярват, че нямат собствена форма. Въпреки това не е така. Естествената форма на всяка течност -топка. Гравитацията обикновено му пречи да приеме тази форма, така че течността или приема формата на съд, или се разстила тънко по повърхността.
По отношение на свойствата, течното състояние на веществото е особено сложно, поради неговото междинно положение. Започва да се изучава още от времето на Архимед (преди 2200 години). Въпреки това анализът на това как се държат молекулите на течно вещество все още е една от най-трудните области на приложната наука. Все още няма общоприета и напълно завършена теория за течностите. Въпреки това можем да кажем нещо за тяхното поведение съвсем определено.
Поведение на молекулите в течност
Течността е нещо, което може да тече. Редът на къси разстояния се наблюдава при подреждането на неговите частици. Това означава, че местоположението на най-близките до него съседи по отношение на всяка частица е подредено. Въпреки това, когато тя се отдалечава от другите, нейната позиция спрямо тях става все по-малко подредена и след това редът изчезва напълно. Течните вещества са изградени от молекули, които се движат много по-свободно, отколкото в твърдите тела (и дори по-свободно в газове). За определено време всеки от тях се втурва първо в едната посока, после в другата, без да се отдалечава от съседите си. Въпреки това, течна молекула се отделя от околната среда от време на време. Тя стига до ново място, като се премести на друго място. Тук отново, за известно време, тя прави движения, подобни на клатушкане.
Y. I. Френкел принос към изследването на течностите
I. И. Френкел, съветски учен, има голяма заслуга в разработването на редицапроблеми по такава тема като течните вещества. Химията напредна значително благодарение на неговите открития. Той вярвал, че топлинното движение в течности има следния характер. За определено време всяка молекула осцилира около равновесното положение. Въпреки това от време на време той сменя мястото си, като се премества рязко в нова позиция, която е отделена от предишната на разстояние, приблизително колкото размера на самата тази молекула. С други думи, вътре в течността, молекулите се движат, но бавно. Част от времето те остават близо до определени места. Следователно тяхното движение е нещо като смесица от движения в газа и в твърдото тяло. Колебанията на едно място след известно време се заменят със свободен преход от място на място.
Налягане в течност
Някои свойства на течната материя са ни известни поради постоянното взаимодействие с тях. И така, от опита на всекидневния живот знаем, че той действа на повърхността на твърди тела, които влизат в контакт с него, с определени сили. Те се наричат сили на налягането на флуида.
Например, когато отваряме кран за вода с пръст и пускаме водата, усещаме как тя притиска пръста. И плувец, който се е гмурнал на голяма дълбочина, не случайно изпитва болка в ушите. Това се обяснява с факта, че върху тъпанчето действат сили на натиск. Водата е течно вещество, така че има всичките си свойства. За да се измери температурата на водата в морската дълбочина, много силнатермометри, така че да не могат да бъдат смачкани от налягането на течността.
Това налягане се дължи на компресия, тоест промяна в обема на течността. Той има еластичност по отношение на тази промяна. Силите на натиск са силите на еластичността. Следователно, ако течност действа върху тела в контакт с нея, тогава тя се компресира. Тъй като плътността на веществото се увеличава по време на компресия, можем да приемем, че течностите имат еластичност по отношение на промяната в плътността.
Изпаряване
Продължавайки да разглеждаме свойствата на течната субстанция, преминаваме към изпаряване. Близо до неговата повърхност, както и директно в повърхностния слой, действат сили, които осигуряват самото съществуване на този слой. Те не позволяват на молекулите в него да напуснат обема на течността. Въпреки това, поради термично движение, някои от тях развиват доста високи скорости, с помощта на които става възможно да се преодолеят тези сили и да се напусне течността. Ние наричаме това явление изпарение. Може да се наблюдава при всяка температура на въздуха, но с повишаването му интензитетът на изпарение се увеличава.
Кондензация
Ако молекулите, които са напуснали течността, се отстранят от пространството близо до нейната повърхност, тогава цялата тя в крайна сметка се изпарява. Ако молекулите, които са го напуснали, не се отстранят, те образуват пара. Молекулите на парите, които са попаднали в областта близо до повърхността на течността, се изтеглят в нея от силите на привличане. Този процес се нарича кондензация.
Следователно,ако молекулите не се отстраняват, скоростта на изпаряване намалява с времето. Ако плътността на парата се увеличи допълнително, се постига ситуация, при която броят на молекулите, напускащи течността за определено време, ще бъде равен на броя на молекулите, които се връщат към нея за същото време. Това създава състояние на динамично равновесие. Парите в него се наричат наситени. Неговото налягане и плътност се увеличават с повишаване на температурата. Колкото по-високо е, толкова по-голям е броят на течните молекули, които имат достатъчно енергия за изпаряване и толкова по-голяма трябва да бъде плътността на парата, за да може кондензацията да бъде равна на изпарение.
Варене
Когато в процеса на нагряване на течни вещества се достигне температура, при която наситените пари имат същото налягане като външната среда, се установява равновесие между наситена пара и течност. Ако течността придаде допълнително количество топлина, съответната маса течност незабавно се превръща в пара. Този процес се нарича кипене.
Киренето е интензивното изпаряване на течност. Появява се не само от повърхността, но засяга целия й обем. Вътре в течността се появяват парни мехурчета. За да преминат в пара от течност, молекулите трябва да придобият енергия. Необходим е за преодоляване на привличащите сили, които ги държат в течността.
Точка на кипене
Точката на кипене е тази, при коятоима равенство на две налягания - външни и наситени пари. Увеличава се с увеличаване на налягането и намалява с намаляване на налягането. Поради факта, че налягането в течността се променя с височината на колоната, кипенето в нея се случва на различни нива при различни температури. Само наситената пара, която е над повърхността на течността по време на процеса на кипене, има определена температура. Определя се само от външно налягане. Това имаме предвид, когато говорим за точката на кипене. Различава се за различните течности, което се използва широко в инженерството, по-специално при дестилация на петролни продукти.
Скритата топлина на изпаряване е количеството топлина, необходимо за превръщане на изотермично определено количество течност в пара, ако външното налягане е същото като налягането на наситените пари.
Свойства на течните филми
Всички знаем как да получим пяна чрез разтваряне на сапун във вода. Това не е нищо друго освен много мехурчета, които са ограничени от най-тънкия филм, състоящ се от течност. Въпреки това, отделен филм може да се получи и от разпенващата течност. Неговите свойства са много интересни. Тези филми могат да бъдат много тънки: дебелината им в най-тънките части не надвишава сто хилядна от милиметъра. Те обаче понякога са много стабилни, въпреки това. Сапуненият филм може да бъде подложен на деформация и разтягане, струя вода може да премине през него, без да го унищожи. Как да се обясни такава стабилност? За да се появи филм, е необходимо да се добавят вещества, които се разтварят в него, към чиста течност. Но не каквато и да е, а такава,които значително намаляват повърхностното напрежение.
Течни филми в природата и технологиите
В технологиите и природата се срещаме основно не с отделни филми, а с пяна, която е тяхната комбинация. Често може да се наблюдава в потоци, където малки потоци попадат в спокойна вода. Способността на водата да се пени в този случай е свързана с наличието на органична материя в нея, която се отделя от корените на растенията. Това е пример за това как се пенят естествените течни вещества. Но какво да кажем за технологията? При строителството например се използват специални материали, които имат клетъчна структура, наподобяваща пяна. Те са леки, евтини, достатъчно здрави, лошо провеждат звук и топлина. За получаването им към специални разтвори се добавят пенообразуватели.
Заключение
И така, научихме кои вещества са течни, разбрахме, че течността е междинно състояние на материята между газообразно и твърдо. Следователно той има свойства, характерни и за двете. Течните кристали, които днес се използват широко в технологиите и индустрията (например дисплеи с течни кристали), са отличен пример за това състояние на материята. Те съчетават свойствата на твърди вещества и течности. Трудно е да си представим какви течни вещества ще измисли науката в бъдеще. Ясно е обаче, че в това състояние на материята има голям потенциал, който може да бъде използван в полза на човечеството.
Специален интерес към разглеждането на протичащите физични и химични процесив течно състояние, поради факта, че самият човек се състои от 90% вода, която е най-разпространената течност на Земята. Именно в него протичат всички жизнени процеси както в растителния, така и в животинския свят. Ето защо е важно за всички нас да изучаваме течното състояние на материята.
