Күнделікті өмірде біз үнемі заттың үш күйін кездестіреміз - сұйық, газ тәрізді және қатты. Бізде қатты заттар мен газдардың не екендігі туралы нақты түсінік бар. Газ – барлық бағытта ретсіз қозғалатын молекулалар жиынтығы. Қатты дененің барлық молекулалары өзара орналасуын сақтайды. Олар аздап тербеледі.
Сұйық заттың ерекшеліктері
Ал сұйық заттар дегеніміз не? Олардың басты ерекшелігі кристалдар мен газдар арасында аралық орынды иеленіп, осы екі күйдің белгілі бір қасиеттерін біріктіреді. Мысалы, сұйықтар үшін, сондай-ақ қатты (кристалдық) денелер үшін көлемнің болуы тән. Бірақ сонымен бірге сұйық заттар, газдар сияқты, олар орналасқан ыдыстың пішінін алады. Көпшілігіміз олардың өзіндік формасы жоқ деп есептейміз. Алайда олай емес. Кез келген сұйықтықтың табиғи түрі -доп. Гравитация әдетте оның мұндай пішінді қабылдауына кедергі жасайды, сондықтан сұйықтық ыдыстың пішінін қабылдайды немесе бетіне жұқа таралады.
Қасиеттері бойынша заттың сұйық күйі аралық жағдайына байланысты ерекше күрделі. Ол Архимед заманынан бастап (2200 жыл бұрын) зерттеле бастады. Дегенмен, сұйық заттың молекулаларының әрекетін талдау әлі де қолданбалы ғылымның ең қиын салаларының бірі болып табылады. Сұйықтардың жалпы қабылданған және толығымен толық теориясы әлі жоқ. Дегенмен, олардың мінез-құлқы туралы нақты айта аламыз.
Сұйықтықтағы молекулалардың әрекеті
Сұйықтық - ағып кетуі мүмкін нәрсе. Қысқа диапазондағы тәртіп оның бөлшектерінің орналасуында байқалады. Бұл кез келген бөлшекке қатысты оған жақын көршілердің орналасуы реттелгенін білдіреді. Алайда, ол басқалардан алыстаған сайын, оның оларға қатысты позициясы азайып, тәртіпсіз болады, содан кейін тәртіп мүлдем жоғалады. Сұйық заттар қатты заттарға қарағанда анағұрлым еркін қозғалатын молекулалардан тұрады (тіпті газдарда да еркін). Белгілі бір уақыт ішінде олардың әрқайсысы көршілерінен алшақтамай, алдымен бір бағытта, содан кейін екіншісінде асығады. Алайда сұйық молекуласы ортадан оқтын-оқтын шығып тұрады. Ол басқа жерге көшу арқылы жаңа жерге жетеді. Мұнда тағы да белгілі бір уақыт ішінде ол тербеліс тәрізді қозғалыстар жасайды.
Y. И. Френкельдің сұйықтықтарды зерттеуге қосқан үлесі
Мен. Бірқатар ғылымдардың дамуына кеңес ғалымы И. Френкельдің сіңірген еңбегі зорсұйық заттар сияқты тақырыптағы есептер. Оның ашқан жаңалықтарының арқасында химия айтарлықтай дамыды. Ол сұйықтардағы жылулық қозғалыс келесі сипатқа ие деп есептеді. Белгілі бір уақыт ішінде әрбір молекула тепе-теңдік күйінің айналасында тербеледі. Бірақ ол мезгіл-мезгіл орнын ауыстырып, кенеттен жаңа позицияға ауысады, ол алдыңғысынан шамамен осы молекуланың өлшеміне тең қашықтыққа бөлінеді. Басқаша айтқанда, сұйықтықтың ішінде молекулалар қозғалады, бірақ баяу. Кейде олар белгілі бір жерлерге жақын орналасады. Демек, олардың қозғалысы газдағы және қатты денедегі қозғалыстардың қоспасы сияқты нәрсе. Бір жердегі ауытқулар біраз уақыттан кейін бір жерден екінші жерге еркін ауысумен ауыстырылады.
Сұйықтықтағы қысым
Сұйық заттардың кейбір қасиеттері олармен үнемі әрекеттесуіне байланысты бізге белгілі. Сонымен, күнделікті өмір тәжірибесінен біз онымен жанасқан қатты денелердің бетіне белгілі бір күштермен әрекет ететінін білеміз. Олар сұйық қысым күштері деп аталады.
Мысалы, су шүмегін саусақпен ашып, суды ашқанда оның саусаққа қалай басатынын сеземіз. Ал үлкен тереңдікке сүңгіген жүзгіштің құлағы кездейсоқ ауырмайды. Ол қысым күштерінің құлақ қалқанына әсер ететіндігімен түсіндіріледі. Су сұйық зат, сондықтан оның барлық қасиеттері бар. Теңіздің тереңдігіндегі судың температурасын өлшеу үшін өте күштітермометрлер сұйықтық қысымымен жаншылып кетпеуі үшін.
Бұл қысым қысу, яғни сұйықтық көлемінің өзгеруіне байланысты. Бұл өзгеріске қатысты оның икемділігі бар. Қысым күштері серпімділік күштері болып табылады. Демек, егер сұйықтық онымен жанасқан денелерге әсер етсе, онда ол сығылады. Сығылу кезінде заттың тығыздығы жоғарылайтындықтан, сұйықтықтардың тығыздықтың өзгеруіне қатысты серпімділігі бар деп болжауға болады.
Булану
Сұйық заттың қасиеттерін қарастыруды жалғастыра отырып, булануға көшеміз. Оның бетіне жақын жерде, сондай-ақ тікелей беткі қабатта, осы қабаттың бар болуын қамтамасыз ететін күштер әрекет етеді. Олар ондағы молекулалардың сұйықтық көлемінен кетуіне жол бермейді. Дегенмен, жылу қозғалысының арқасында олардың кейбіреулері айтарлықтай жоғары жылдамдықтарды дамытады, олардың көмегімен бұл күштерді жеңуге және сұйықтықты қалдыруға болады. Бұл құбылысты булану деп атаймыз. Оны кез келген ауа температурасында байқауға болады, алайда оның жоғарылауымен булану қарқындылығы артады.
Конденсация
Егер сұйықтықты тастап кеткен молекулалар оның бетіне жақын кеңістіктен жойылса, онда оның бәрі ақырында буланып кетеді. Егер оны тастап кеткен молекулалар жойылмаса, олар бу түзеді. Сұйықтың бетіне жақын аймаққа түскен бу молекулалары оған тартылу күштерімен тартылады. Бұл процесс конденсация деп аталады.
Демек,егер молекулалар жойылмаса, булану жылдамдығы уақыт өте келе азаяды. Будың тығыздығы одан әрі жоғарыласа, белгілі бір уақытта сұйықтықтан шығатын молекулалар саны оған бір уақытта қайтып келетін молекулалар санына тең болатын жағдайға жетеді. Бұл динамикалық тепе-теңдік жағдайын жасайды. Ондағы бу қаныққан деп аталады. Оның қысымы мен тығыздығы температураның жоғарылауымен артады. Ол неғұрлым жоғары болса, сұйық молекулаларының саны соғұрлым көп булану үшін жеткілікті энергияға ие болады және конденсацияның булану бірдей болуы үшін будың тығыздығы соғұрлым жоғары болуы керек.
Қайнау
Сұйық заттарды қыздыру процесінде қаныққан булардың қысымы сыртқы ортамен бірдей болатын температураға жеткенде, қаныққан бу мен сұйық арасында тепе-теңдік орнайды. Егер сұйықтық қосымша жылу мөлшерін берсе, сұйықтықтың сәйкес массасы бірден буға айналады. Бұл процесс қайнату деп аталады.
Қайнау – сұйықтықтың қарқынды булануы. Бұл тек бетінен ғана емес, оның бүкіл көлеміне қатысты. Сұйықтық ішінде бу көпіршіктері пайда болады. Сұйықтықтан буға өту үшін молекулалар энергия алуы керек. Бұл оларды сұйықтықта ұстайтын тартымды күштерді жеңу үшін қажет.
Қайнау температурасы
Қайнау температурасы - қайнау температурасыекі қысымның теңдігі бар - сыртқы және қаныққан бу. Қысым жоғарылаған сайын артады, қысым төмендегенде азаяды. Сұйықтықтағы қысым колоннаның биіктігіне қарай өзгеретіндіктен, ондағы қайнау әртүрлі температурада әртүрлі деңгейде жүреді. Қайнау процесі кезінде сұйықтықтың бетінен жоғары болатын қаныққан бу ғана белгілі бір температураға ие болады. Ол тек сыртқы қысыммен анықталады. Біз қайнау температурасы туралы айтқан кезде осыны айтамыз. Ол әртүрлі сұйықтықтар үшін ерекшеленеді, ол техникада кеңінен қолданылады, атап айтқанда, мұнай өнімдерін айдау кезінде.
Жасырын булану жылуы – сыртқы қысым қаныққан бу қысымымен бірдей болса, сұйықтықтың изотермиялық анықталған мөлшерін буға айналдыру үшін қажетті жылу мөлшері.
Сұйық қабықшалардың қасиеттері
Сабынды суда еріту арқылы көбік алуды бәріміз білеміз. Бұл сұйықтықтан тұратын ең жұқа пленкамен шектелетін көптеген көпіршіктерден басқа ештеңе емес. Дегенмен, көбік түзетін сұйықтықтан бөлек пленка да алуға болады. Оның қасиеттері өте қызықты. Бұл пленкалар өте жұқа болуы мүмкін: олардың ең жұқа бөліктеріндегі қалыңдығы миллиметрдің жүз мыңнан аспайды. Дегенмен, олар кейде осыған қарамастан өте тұрақты. Сабын пленкасы деформацияға және созуға ұшырауы мүмкін, су ағыны оны бұзбай өте алады. Мұндай тұрақтылықты қалай түсіндіруге болады? Пленка пайда болуы үшін таза сұйықтыққа онда еритін заттарды қосу керек. Бірақ ешқайсысы емес, бірақ осындай,бұл беттік керілуді айтарлықтай төмендетеді.
Табиғаттағы және технологиядағы сұйық фильмдер
Технология мен табиғатта біз негізінен жеке пленкалармен емес, көбікпен кездесеміз, бұл олардың үйлесімі. Оны жиі ағындарда байқауға болады, онда шағын ағындар тыныш суға түседі. Бұл жағдайда судың көбіктену қабілеті ондағы өсімдіктердің тамырларынан бөлінетін органикалық заттардың болуымен байланысты. Бұл табиғи сұйық заттардың көбіктенуінің мысалы. Бірақ технология туралы не деуге болады? Құрылыс кезінде, мысалы, көбікке ұқсайтын жасушалық құрылымы бар арнайы материалдар пайдаланылады. Олар жеңіл, арзан, жеткілікті күшті, дыбыс пен жылуды нашар өткізеді. Оларды алу үшін арнайы ерітінділерге көбік түзетін заттар қосылады.
Қорытынды
Сонымен біз қандай заттардың сұйық екенін білдік, сұйықтың газ тәрізді және қатты заттың аралық күйі екенін білдік. Сондықтан оның екеуіне де тән қасиеттер бар. Бүгінгі күні технология мен өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын сұйық кристалдар (мысалы, сұйық кристалды дисплейлер) бұл зат күйінің тамаша мысалы болып табылады. Олар қатты және сұйық заттардың қасиеттерін біріктіреді. Болашақта ғылымның қандай сұйық заттарды ойлап шығаратынын елестету қиын. Дегенмен, заттың бұл күйінде адамзат игілігі үшін пайдалануға болатын үлкен әлеует бар екені анық.
Болып жатқан физикалық және химиялық процестерді қарастыруға ерекше қызығушылықсұйық күйде, бұл адамның өзі жердегі ең көп таралған сұйықтық болып табылатын 90% судан тұратындығына байланысты. Дәл осында барлық өмірлік процестер өсімдіктерде де, жануарлар әлемінде де жүреді. Сондықтан заттың сұйық күйін зерттеу бәріміз үшін маңызды.
