ในชีวิตประจำวัน เรามักจะพบกับสสาร 3 สถานะ คือ ของเหลว ก๊าซ และของแข็ง เรามีแนวคิดที่ค่อนข้างชัดเจนว่าของแข็งและก๊าซคืออะไร แก๊สคือกลุ่มของโมเลกุลที่เคลื่อนที่แบบสุ่มในทุกทิศทาง โมเลกุลทั้งหมดของร่างกายที่เป็นของแข็งยังคงรักษาการจัดเรียงร่วมกัน พวกมันสั่นเพียงเล็กน้อย
คุณสมบัติของสารเหลว
และของเหลวคืออะไร? คุณสมบัติหลักของพวกเขาคือการครอบครองตำแหน่งกลางระหว่างคริสตัลและก๊าซ พวกมันรวมคุณสมบัติบางอย่างของสองสถานะนี้ ตัวอย่างเช่น สำหรับของเหลว เช่นเดียวกับวัตถุที่เป็นของแข็ง (ผลึก) การมีอยู่ของปริมาตรนั้นเป็นลักษณะเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ในเวลาเดียวกัน สารเหลว เช่น ก๊าซ จะมีรูปร่างเหมือนภาชนะที่พวกมันตั้งอยู่ พวกเราหลายคนเชื่อว่าพวกเขาไม่มีรูปแบบของตัวเอง อย่างไรก็ตามมันไม่ใช่ รูปแบบธรรมชาติของของเหลวใด ๆ -ลูกบอล. แรงโน้มถ่วงมักจะป้องกันไม่ให้เกิดรูปร่างนี้ ดังนั้นของเหลวจึงถือว่ารูปร่างเป็นภาชนะหรือกระจายบางๆ บนพื้นผิว
ในแง่ของคุณสมบัติ สถานะของเหลวของสารมีความซับซ้อนเป็นพิเศษ เนื่องจากตำแหน่งตรงกลาง เริ่มมีการศึกษาตั้งแต่สมัยของอาร์คิมิดีส (2200 ปีก่อน) อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ว่าโมเลกุลของสารเหลวมีพฤติกรรมอย่างไร ยังคงเป็นหนึ่งในส่วนที่ยากที่สุดของวิทยาศาสตร์ประยุกต์ ยังไม่มีทฤษฎีของเหลวที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปและสมบูรณ์อย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม เราสามารถพูดอะไรบางอย่างเกี่ยวกับพฤติกรรมของพวกเขาได้อย่างแน่นอน
พฤติกรรมของโมเลกุลในของเหลว
ของเหลวเป็นสิ่งที่ไหลได้ ลำดับระยะสั้นสังเกตได้จากการจัดเรียงอนุภาค ซึ่งหมายความว่าตำแหน่งของเพื่อนบ้านที่ใกล้เคียงที่สุดกับอนุภาคใด ๆ ได้รับคำสั่ง อย่างไรก็ตาม เมื่อเธอย้ายออกจากผู้อื่น ตำแหน่งของเธอในความสัมพันธ์กับพวกเขาจะมีระเบียบน้อยลงเรื่อยๆ จากนั้นคำสั่งก็หายไปโดยสิ้นเชิง สารเหลวประกอบด้วยโมเลกุลที่เคลื่อนที่ได้อิสระมากกว่าในของแข็ง (และแม้กระทั่งในก๊าซ) ในช่วงเวลาหนึ่ง แต่ละคนจะรีบไปในทิศทางหนึ่งก่อนจากนั้นในอีกทางหนึ่งโดยไม่เคลื่อนห่างจากเพื่อนบ้าน อย่างไรก็ตาม โมเลกุลของเหลวจะแตกตัวออกจากสิ่งแวดล้อมเป็นครั้งคราว เธอไปที่ใหม่โดยย้ายไปที่อื่น อีกครั้งที่เธอทำการเคลื่อนไหวเหมือนวอกแวกเป็นระยะเวลาหนึ่ง
Y. I. การมีส่วนร่วมของ Frenkel ในการศึกษาของเหลว
อ. I. Frenkel นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต มีคุณธรรมมากมายในการพัฒนาปัญหาในหัวข้อเช่นสารเหลว เคมีก้าวหน้าอย่างมากจากการค้นพบของเขา เขาเชื่อว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนในของเหลวมีลักษณะดังต่อไปนี้ ในช่วงเวลาหนึ่ง แต่ละโมเลกุลจะแกว่งไปมารอบๆ ตำแหน่งสมดุล อย่างไรก็ตามมันเปลี่ยนสถานที่เป็นครั้งคราวโดยเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งใหม่อย่างกะทันหันซึ่งแยกออกจากตำแหน่งก่อนหน้าด้วยระยะทางประมาณขนาดของโมเลกุลนี้เอง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ภายในของเหลว โมเลกุลเคลื่อนที่แต่ช้า บางช่วงก็อยู่ใกล้สถานที่บางแห่ง ดังนั้นการเคลื่อนที่ของพวกมันจึงเหมือนกับเป็นการผสมผสานระหว่างการเคลื่อนไหวในแก๊สและในร่างกายที่แข็งแรง ความผันผวนในที่เดียวหลังจากนั้นไม่นานจะถูกแทนที่ด้วยการเปลี่ยนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
ความดันในของเหลว
เราทราบคุณสมบัติบางอย่างของสสารของเหลวเนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันตลอดเวลา จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวัน เรารู้ว่ามันทำหน้าที่บนพื้นผิวของวัตถุแข็งที่สัมผัสกับมันด้วยแรงบางอย่าง เรียกว่าแรงดันของเหลว
เช่น เวลาเปิดก๊อกน้ำด้วยนิ้วแล้วเปิดน้ำ เรารู้สึกว่ามันกดด้วยนิ้วยังไง และนักว่ายน้ำที่ดำดิ่งลงไปที่ระดับความลึกมากจะไม่ประสบความเจ็บปวดในหูโดยไม่ได้ตั้งใจ มันถูกอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าแรงกดกระทำต่อแก้วหู น้ำเป็นสารของเหลวจึงมีคุณสมบัติทั้งหมด เพื่อวัดอุณหภูมิน้ำที่ระดับความลึกของทะเลได้แรงมากเทอร์โมมิเตอร์เพื่อไม่ให้ถูกแรงดันของเหลวกดทับ
ความดันนี้เกิดจากการอัด นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงในปริมาตรของของเหลว มีความยืดหยุ่นเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงนี้ แรงกดคือแรงยืดหยุ่น ดังนั้นหากของเหลวกระทำต่อร่างกายเมื่อสัมผัสกับของเหลวก็จะถูกบีบอัด เนื่องจากความหนาแน่นของสารเพิ่มขึ้นในระหว่างการบีบอัด เราสามารถสรุปได้ว่าของเหลวมีความยืดหยุ่นเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่น
การระเหย
เมื่อพิจารณาถึงคุณสมบัติของสารเหลวต่อไปเราจะเปลี่ยนเป็นการระเหย ใกล้พื้นผิวของมัน เช่นเดียวกับในชั้นผิวโดยตรง แรงกระทำเพื่อให้แน่ใจว่ามีชั้นนี้อยู่จริง พวกเขาไม่อนุญาตให้โมเลกุลในนั้นออกจากปริมาตรของของเหลว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน บางส่วนของพวกมันจึงมีความเร็วค่อนข้างสูง ด้วยความช่วยเหลือซึ่งจะสามารถเอาชนะแรงเหล่านี้และปล่อยของเหลวไว้ได้ เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่าการระเหย สามารถสังเกตได้ที่อุณหภูมิใด ๆ ของอากาศ อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นของการระเหยจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้น
การควบแน่น
ถ้าโมเลกุลที่ปล่อยของเหลวออกจากพื้นที่ใกล้ผิวของมัน โมเลกุลทั้งหมดก็จะระเหยไปในที่สุด หากโมเลกุลที่ทิ้งไว้ไม่ถูกกำจัดออกไป ก็จะเกิดไอน้ำ โมเลกุลไอที่ตกลงมาในบริเวณใกล้กับพื้นผิวของของเหลวจะถูกดูดเข้าไปโดยแรงดึงดูด กระบวนการนี้เรียกว่าการควบแน่น
ดังนั้นถ้าโมเลกุลไม่ถูกกำจัดออกไป อัตราการระเหยจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป หากความหนาแน่นของไอเพิ่มขึ้นอีก จะถึงสถานการณ์ที่จำนวนโมเลกุลที่ออกจากของเหลวในช่วงเวลาหนึ่งจะเท่ากับจำนวนโมเลกุลที่กลับสู่สภาพเดิมในเวลาเดียวกัน สิ่งนี้สร้างสภาวะสมดุลแบบไดนามิก ไอน้ำในนั้นเรียกว่าอิ่มตัว ความดันและความหนาแน่นเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ยิ่งมีมากเท่าใด จำนวนโมเลกุลของของเหลวจะมีพลังงานเพียงพอสำหรับการระเหย และความหนาแน่นของไอจะต้องมากขึ้นเพื่อให้การควบแน่นมีการระเหยเท่ากัน
เดือด
เมื่ออยู่ในกระบวนการให้ความร้อนแก่สารที่เป็นของเหลว เมื่อถึงอุณหภูมิที่ไออิ่มตัวมีความดันเท่ากันกับสภาพแวดล้อมภายนอก จะเกิดความสมดุลระหว่างไออิ่มตัวกับของเหลว ถ้าของเหลวให้ความร้อนเพิ่มขึ้น มวลของของเหลวที่สอดคล้องกันจะถูกแปลงเป็นไอทันที กระบวนการนี้เรียกว่าการเดือด
การเดือดคือการระเหยอย่างเข้มข้นของของเหลว มันเกิดขึ้นไม่เพียง แต่จากพื้นผิว แต่ยังเกี่ยวข้องกับปริมาตรทั้งหมด ฟองอากาศไอปรากฏขึ้นภายในของเหลว เพื่อให้กลายเป็นไอจากของเหลว โมเลกุลจำเป็นต้องได้รับพลังงาน จำเป็นต้องเอาชนะแรงดึงดูดที่ทำให้พวกเขาอยู่ในของเหลว
จุดเดือด
จุดเดือดอยู่ที่จุดนั้นมีความเท่าเทียมกันของแรงกดดันสองประการคือไอภายนอกและไออิ่มตัว จะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันเพิ่มขึ้นและลดลงเมื่อความดันลดลง เนื่องจากความดันในของเหลวเปลี่ยนแปลงไปตามความสูงของคอลัมน์ การเดือดจึงเกิดขึ้นที่ระดับต่างๆ ที่อุณหภูมิต่างกัน เฉพาะไอน้ำอิ่มตัวซึ่งอยู่เหนือพื้นผิวของของเหลวในระหว่างกระบวนการเดือดเท่านั้นที่มีอุณหภูมิที่แน่นอน ถูกกำหนดโดยแรงกดดันภายนอกเท่านั้น นี่คือสิ่งที่เราหมายถึงเมื่อเราพูดถึงจุดเดือด แตกต่างกันไปสำหรับของเหลวต่างๆ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อกลั่นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม
ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอคือปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนปริมาณของเหลวที่กำหนดโดยอุณหภูมิความร้อนเป็นไอน้ำ หากความดันภายนอกเท่ากับความดันไออิ่มตัว
คุณสมบัติของฟิล์มเหลว
เรารู้วิธีได้โฟมจากการละลายสบู่ในน้ำ นี่เป็นเพียงฟองอากาศจำนวนมากซึ่งถูกจำกัดโดยฟิล์มที่บางที่สุดซึ่งประกอบด้วยของเหลว อย่างไรก็ตาม สามารถแยกฟิล์มออกจากของเหลวที่เป็นฟองได้ คุณสมบัติของมันน่าสนใจมาก ฟิล์มเหล่านี้สามารถบางมากได้: ความหนาในส่วนที่บางที่สุดไม่เกินหนึ่งแสนมิลลิเมตร อย่างไรก็ตามบางครั้งพวกเขาก็มีเสถียรภาพมาก ฟิล์มสบู่สามารถเสียรูปและยืดออกได้ น้ำพุ่งทะลุผ่านได้โดยไม่ทำลายมัน จะอธิบายความมั่นคงดังกล่าวได้อย่างไร? เพื่อให้ฟิล์มปรากฏขึ้น จำเป็นต้องเติมสารที่ละลายในฟิล์มลงในของเหลวบริสุทธิ์ แต่ไม่มี แต่เช่นซึ่งลดแรงตึงผิวลงอย่างมาก
ภาพยนตร์เหลวในธรรมชาติและเทคโนโลยี
ในด้านเทคโนโลยีและธรรมชาติ เราไม่ได้พบกับภาพยนตร์แต่ละเรื่องเป็นหลัก แต่ด้วยโฟมซึ่งเป็นส่วนผสมของพวกมัน มักพบเห็นได้ในลำธารที่มีลำธารเล็กๆ ไหลลงสู่น้ำนิ่ง ความสามารถของน้ำในการทำให้เกิดฟองในกรณีนี้เกี่ยวข้องกับการมีอินทรียวัตถุอยู่ในนั้นซึ่งรากของพืชหลั่งออกมา นี่คือตัวอย่างวิธีการโฟมสารเหลวจากธรรมชาติ แต่เทคโนโลยีล่ะ? ในระหว่างการก่อสร้าง มีการใช้วัสดุพิเศษที่มีโครงสร้างเซลล์คล้ายโฟม พวกมันเบาราคาถูกแข็งแรงพอนำเสียงและความร้อนได้ไม่ดี เพื่อให้ได้มาซึ่งสารทำให้เกิดฟองจะถูกเพิ่มเข้าไปในสารละลายพิเศษ
สรุป
เราได้เรียนรู้ว่าสารใดเป็นของเหลว โดยพบว่าของเหลวเป็นสถานะกลางของสสารระหว่างก๊าซและของแข็ง จึงมีคุณสมบัติของทั้งสองอย่าง คริสตัลเหลวซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมในปัจจุบัน (เช่น จอภาพคริสตัลเหลว) เป็นตัวอย่างที่สำคัญของสถานะของสสารนี้ พวกเขารวมคุณสมบัติของของแข็งและของเหลว เป็นการยากที่จะจินตนาการว่าวิทยาศาสตร์ของสารเหลวจะประดิษฐ์อะไรขึ้นในอนาคต อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่ามีความเป็นไปได้มากในสถานะของสสารที่สามารถนำมาใช้เพื่อประโยชน์ของมนุษยชาติได้
สนใจเป็นพิเศษในการพิจารณากระบวนการทางกายภาพและเคมีที่เกิดขึ้นในสถานะของเหลวเนื่องจากความจริงที่ว่าบุคคลประกอบด้วยน้ำ 90% ซึ่งเป็นของเหลวที่พบมากที่สุดในโลก มันอยู่ในนั้นที่กระบวนการที่สำคัญทั้งหมดเกิดขึ้นทั้งในพืชและในโลกของสัตว์ ดังนั้น เราทุกคนจึงต้องศึกษาสถานะของเหลวของสสาร