A la vida quotidiana, ens trobem constantment amb tres estats de la matèria: líquid, gasós i sòlid. Tenim una idea força clara de què són els sòlids i els gasos. Un gas és un conjunt de molècules que es mouen aleatòriament en totes direccions. Totes les molècules d'un cos sòlid mantenen la seva disposició mútua. Només oscil·len lleugerament.
Característiques d'una substància líquida
I què són les substàncies líquides? La seva característica principal és que, ocupant una posició intermèdia entre cristalls i gasos, combinen certes propietats d'aquests dos estats. Per exemple, per als líquids, així com per als cossos sòlids (cristal·lins), la presència de volum és característica. Tanmateix, al mateix temps, les substàncies líquides, com els gasos, prenen la forma del recipient on es troben. Molts de nos altres creiem que no tenen forma pròpia. Tanmateix, no ho és. La forma natural de qualsevol líquid -pilota. La gravetat normalment impedeix que adquireixi aquesta forma, de manera que el líquid adopta la forma d'un recipient o s'estén per la superfície.
Pel que fa a les seves propietats, l'estat líquid d'una substància és especialment complex, per la seva posició intermèdia. Es va començar a estudiar des de l'època d'Arquimedes (fa 2200 anys). Tanmateix, l'anàlisi de com es comporten les molècules d'una substància líquida és encara una de les àrees més difícils de la ciència aplicada. Encara no hi ha una teoria generalment acceptada i completament completa dels líquids. Tanmateix, podem dir alguna cosa sobre el seu comportament amb tota seguretat.
Comportament de les molècules en un líquid
Un fluid és quelcom que pot fluir. L'ordre de curt abast s'observa en la disposició de les seves partícules. Això vol dir que la ubicació dels veïns més propers a ella, respecte a qualsevol partícula, està ordenada. Tanmateix, a mesura que s'allunya dels altres, la seva posició en relació amb ells es torna cada cop menys ordenada, i aleshores l'ordre desapareix del tot. Les substàncies líquides estan formades per molècules que es mouen amb molta més llibertat que en els sòlids (i encara més lliurement en els gasos). Durant un cert temps, cadascun d'ells es precipita primer en una direcció, després en l' altra, sense allunyar-se dels seus veïns. No obstant això, una molècula líquida surt de l'entorn de tant en tant. Arriba a un lloc nou mudant-se a un altre lloc. Aquí de nou, durant un cert període de temps, fa moviments semblants a un trontoll.
Contribució de Y. I. Frenkel a l'estudi dels líquids
I. I. Frenkel, un científic soviètic, té un gran mèrit en el desenvolupament d'una sèrie deproblemes sobre un tema com les substàncies líquides. La química va avançar molt gràcies als seus descobriments. Creia que el moviment tèrmic en líquids té el caràcter següent. Durant un cert temps, cada molècula oscil·la al voltant de la posició d'equilibri. Tanmateix, canvia de lloc de tant en tant, movent-se bruscament a una nova posició, que queda separada de l'anterior per una distància que és aproximadament la mida d'aquesta molècula mateixa. És a dir, dins del líquid, les molècules es mouen, però lentament. Algunes vegades es queden a prop de determinats llocs. En conseqüència, el seu moviment és com una barreja de moviments en el gas i en el cos sòlid. Les fluctuacions en un lloc després d'un temps se substitueixen per una transició lliure d'un lloc a un altre.
Pressió en líquid
Algunes propietats de la matèria líquida ens coneixen a causa de la interacció constant amb elles. Així, per l'experiència de la vida quotidiana, sabem que actua sobre la superfície dels cossos sòlids que entren en contacte amb ella, amb determinades forces. S'anomenen forces de pressió del fluid.
Per exemple, quan obrim una aixeta d'aigua amb un dit i obrim l'aigua, sentim com pressiona el dit. I un nedador que ha submergit a grans profunditats no experimenta accidentalment dolor a les orelles. S'explica pel fet que les forces de pressió actuen sobre el timpà. L'aigua és una substància líquida, per tant té totes les seves propietats. Per mesurar la temperatura de l'aigua a la profunditat del mar, molt fortatermòmetres perquè no puguin ser aixafats per la pressió del fluid.
Aquesta pressió es deu a la compressió, és a dir, un canvi en el volum del líquid. Té elasticitat en relació a aquest canvi. Les forces de pressió són les forces d'elasticitat. Per tant, si un fluid actua sobre els cossos en contacte amb ell, aleshores es comprimeix. Com que la densitat d'una substància augmenta durant la compressió, podem suposar que els líquids tenen elasticitat en relació amb un canvi de densitat.
evaporació
Continuem considerant les propietats d'una substància líquida, passem a l'evaporació. Prop de la seva superfície, així com directament a la capa superficial, actuen forces que asseguren la mateixa existència d'aquesta capa. No permeten que les molècules que contenen surtin del volum del líquid. No obstant això, a causa del moviment tèrmic, alguns d'ells desenvolupen velocitats força elevades, amb l'ajuda de les quals es fa possible superar aquestes forces i deixar el líquid. A aquest fenomen anomenem evaporació. Es pot observar a qualsevol temperatura de l'aire, però, amb el seu augment, la intensitat de l'evaporació augmenta.
Condensació
Si les molècules que han deixat el líquid s'eliminen de l'espai proper a la seva superfície, aleshores tot s'evapora. Si no s'eliminen les molècules que l'han deixat, formen vapor. Les molècules de vapor que han caigut a la regió propera a la superfície del líquid són atraïdes per les forces d'atracció. Aquest procés s'anomena condensació.
Per tant,si no s'eliminen les molècules, la velocitat d'evaporació disminueix amb el temps. Si la densitat de vapor augmenta encara més, s'arriba a una situació en què el nombre de molècules que surten del líquid en un temps determinat serà igual al nombre de molècules que hi tornen en el mateix temps. Això crea un estat d'equilibri dinàmic. El vapor que hi ha s'anomena saturat. La seva pressió i densitat augmenten amb l'augment de la temperatura. Com més gran és, més gran és el nombre de molècules líquides que tenen prou energia per a l'evaporació i més gran ha de ser la densitat del vapor perquè la condensació sigui igual a l'evaporació.
Ebullició
Quan, en el procés d'escalfament de substàncies líquides, s'arriba a una temperatura a la qual els vapors saturats tenen la mateixa pressió que el medi extern, s'estableix un equilibri entre el vapor saturat i el líquid. Si el líquid imparteix una quantitat addicional de calor, la massa corresponent de líquid es converteix immediatament en vapor. Aquest procés s'anomena ebullició.
L'ebullició és l'evaporació intensa d'un líquid. Es produeix no només des de la superfície, sinó que afecta tot el seu volum. Dins del líquid apareixen bombolles de vapor. Per passar al vapor d'un líquid, les molècules necessiten adquirir energia. És necessari per superar les forces atractives que els mantenen en el líquid.
Punt d'ebullició
El punt d'ebullició és aquell en quèhi ha una igu altat de dues pressions: vapors externs i saturats. Augmenta a mesura que augmenta la pressió i disminueix a mesura que disminueix la pressió. A causa del fet que la pressió del líquid canvia amb l'alçada de la columna, l'ebullició es produeix a diferents nivells a diferents temperatures. Només el vapor saturat, que es troba per sobre de la superfície del líquid durant el procés d'ebullició, té una determinada temperatura. Només està determinat per la pressió externa. Això és el que ens referim quan parlem del punt d'ebullició. Difereix per diferents líquids, que s'utilitza àmpliament en enginyeria, en particular, quan es destil·len productes derivats del petroli.
La calor latent de vaporització és la quantitat de calor necessària per convertir una quantitat isotèrmicament definida de líquid en vapor si la pressió externa és la mateixa que la pressió de vapor saturat.
Propietats de les pel·lícules líquides
Tots sabem com aconseguir escuma dissolent sabó a l'aigua. Això no és més que moltes bombolles, limitades per la pel·lícula més fina que consisteix en líquid. Tanmateix, també es pot obtenir una pel·lícula separada del líquid espumós. Les seves propietats són molt interessants. Aquestes pel·lícules poden ser molt primes: el seu gruix a les parts més primes no supera les centmil·lèsmes de mil·límetre. No obstant això, de vegades són molt estables, malgrat això. La pel·lícula de sabó pot estar sotmesa a deformacions i estiraments, un raig d'aigua pot passar per ella sense destruir-la. Com explicar aquesta estabilitat? Perquè aparegui una pel·lícula, cal afegir substàncies que s'hi dissolen a un líquid pur. Però no qualsevol, sinó tal,que redueixen significativament la tensió superficial.
Pel·lícules líquides a la natura i la tecnologia
En tecnologia i natura, principalment no ens trobem amb pel·lícules individuals, sinó amb escuma, que és la seva combinació. Sovint es pot observar als rierols, on petits rierols cauen a aigües tranquil·les. La capacitat de l'aigua d'escumar en aquest cas està associada a la presència de matèria orgànica en ella, que és secretada per les arrels de les plantes. Aquest és un exemple de com les substàncies líquides naturals fan escuma. Però què passa amb la tecnologia? Durant la construcció, per exemple, s'utilitzen materials especials que tenen una estructura cel·lular que s'assembla a l'escuma. Són lleugers, barats, prou forts, condueixen malament el so i la calor. Per obtenir-los, s'afegeixen agents espumants a solucions especials.
Conclusió
Així, hem après quines substàncies són líquides, hem descobert que el líquid és un estat intermedi de la matèria entre el gasós i el sòlid. Per tant, té propietats característiques de tots dos. Els cristalls líquids, que s'utilitzen àmpliament avui en dia en tecnologia i indústria (per exemple, pantalles de cristall líquid) són un bon exemple d'aquest estat de la matèria. Combinen les propietats dels sòlids i dels líquids. És difícil imaginar quines substàncies líquides inventarà la ciència en el futur. Tanmateix, és evident que aquest estat de la matèria té un gran potencial que es pot utilitzar en benefici de la humanitat.
Interès especial en la consideració dels processos físics i químics que es produeixenen estat líquid, a causa del fet que la pròpia persona està formada per un 90% d'aigua, que és el líquid més comú a la Terra. És en ell on tenen lloc tots els processos vitals tant en el món vegetal com en el món animal. Per tant, és important que tots estudiem l'estat líquid de la matèria.
