Адамды қоршап тұрған барлық нәрсе, оның ішінде өзін де заттардан тұратын денелер екені белгілі. Олар, өз кезегінде, молекулалардан, соңғысы атомдардан жасалған және олар одан да кішігірім құрылымдардан жасалған. Дегенмен, айналадағы әртүрлілік соншалық, тіпті қандай да бір ортақтықты елестету қиын. Дәл солай. Қосылыстар саны миллиондаған, олардың әрқайсысы қасиеттері, құрылымы және рөлі бойынша бірегей. Барлығы бірнеше фазалық күйлер бөлінеді, оларға сәйкес барлық заттар корреляциялануы мүмкін.
Зат күйлері
Қосылыстардың жиынтық күйінің төрт нұсқасы бар.
- Газдар.
- Қатты заттар.
- Сұйықтар.
- Плазма - өте сирек иондалған газдар.
Бұл мақалада біз сұйықтықтардың қасиеттерін, олардың құрылымдық ерекшеліктерін және мүмкін болатын өнімділік параметрлерін қарастырамыз.
Сұйық денелердің классификациясы
Бұл бөлу сұйықтықтардың қасиеттеріне, олардың құрылымы мен химиялық құрылымына, сондай-ақ қосылысты құрайтын бөлшектердің өзара әрекеттесу түрлеріне негізделген.
- Ван-дер-Ваальс күштерімен біріктірілген атомдардан тұратын мұндай сұйықтықтар. Мысалы, сұйық газдар (аргон, метан және т.б.).
- Бірдей екі атомнан тұратын заттар. Мысалдар: сұйытылған газдар - сутегі, азот, оттегі және т.б.
- Сұйық металдар - сынап.
- Ковалентті полярлық байланыстармен байланысқан элементтерден тұратын заттар. Мысалдар: хлорсутек, йодид сутегі, күкіртсутек және т.б.
- Сутектік байланыстар болатын қосылыстар. Мысалдар: су, спирттер, ерітіндідегі аммиак.
Сонымен қатар ерекше құрылымдар бар - сұйық кристалдар, Ньютондық емес сұйықтықтар, олардың ерекше қасиеттері бар.
Сұйықтықтың басқа агрегаттық күйлерден ерекшеленетін негізгі қасиеттерін қарастырамыз. Ең алдымен, бұл әдетте физикалық деп аталатындар.
Сұйықтардың қасиеттері: пішіні мен көлемі
Қарастырылып отырған заттардың не екенін және олардың құндылығы мен ерекшеліктерін сипаттауға мүмкіндік беретін барлығы 15-ке жуық сипаттаманы ажыратуға болады.
Агрегацияның осы күйі туралы айтылғанда ойға келетін сұйықтың ең бірінші физикалық қасиеттері - пішінін өзгерту және белгілі бір көлемді алу қабілеті. Мәселен, мысалы, сұйық заттардың нысаны туралы айтатын болсақ, онда оны жоқ деп санау әдетте қабылданады. Алайда бұл олай емес.
Баршаға белгілі ауырлық күшінің әсерінен зат тамшылары біршама деформацияға ұшырайды, сондықтан олардың пішіні бұзылып, шексіз болады. Дегенмен, егер сіз ауырлық күші әсер етпейтін жағдайларда тамшыны орналастырсаңызнемесе қатты шектелген болса, онда ол доптың тамаша пішінін алады. Сонымен, «Сұйықтықтардың қасиеттерін атаңдар» деген тапсырма берілгенде, өзін физикадан хабардармын деп санайтын адам бұл фактіні айтуы керек.
Көлемге келетін болсақ, бұл жерде газдар мен сұйықтықтардың жалпы қасиеттерін атап өту керек. Екеуі де тек ыдыс қабырғаларымен шектелген, олар орналасқан кеңістіктің барлық көлемін ала алады.
Тұтқырлық
Сұйықтардың физикалық қасиеттері өте алуан түрлі. Бірақ олардың бірі ерекше, мысалы, тұтқырлық. Бұл не және ол қалай анықталады? Қарастырылып отырған мән тәуелді болатын негізгі параметрлер:
- тангенциалды кернеу;
- жылжымалы жылдамдық градиенті.
Көрсетілген мәндердің тәуелділігі сызықтық. Қарапайым сөздермен түсіндірсек, тұтқырлық көлемі сияқты сұйықтықтар мен газдардың сыртқы әсер ету күштеріне қарамастан оларға ортақ және шексіз қозғалысты білдіретін қасиеттері болып табылады. Яғни, егер су ыдыстан ағып кетсе, ол кез келген әсерде (ауырлық күші, үйкеліс және басқа параметрлер) осылай әрекет ете береді.
Бұл Ньютондық емес сұйықтықтардан ерекшеленеді, олар тұтқыррақ және арттарында уақыт өте келе толтырылатын тесіктер қалдыруы мүмкін.
Бұл көрсеткіш неге байланысты болады?
- Температурадан. Температураның жоғарылауымен кейбір сұйықтықтардың тұтқырлығы артады, ал басқалары, керісінше,төмендейді. Бұл нақты қосылыс пен оның химиялық құрылымына байланысты.
- Қысымнан. Көбею тұтқырлық индексінің жоғарылауына әкеледі.
- Заттың химиялық құрамынан. Таза зат үлгісінде қоспалар мен бөгде компоненттер болған кезде тұтқырлық өзгереді.
Жылу сыйымдылығы
Бұл термин заттың өз температурасын Цельсий бойынша бір градусқа арттыру үшін белгілі бір жылу мөлшерін сіңіру қабілетін білдіреді. Бұл көрсеткіш үшін әртүрлі байланыстар бар. Кейбіреулерінің жылу сыйымдылығы көбірек, басқаларының жылу сыйымдылығы аз.
Сонымен, мысалы, су өте жақсы жылу аккумуляторы болып табылады, бұл оны жылыту жүйелеріне, тамақ дайындауға және басқа қажеттіліктерге кеңінен қолдануға мүмкіндік береді. Жалпы, жылу сыйымдылық индексі әрбір жеке сұйықтық үшін қатаң жеке болып табылады.
Беттік керілу
Көбінесе олар: «Сұйықтардың қасиеттерін атаңдар» деген тапсырманы алып, беттік керілуді бірден еске түсіреді. Өйткені, балалар онымен физика, химия, биология сабақтарында танысады. Әр тармақ бұл маңызды параметрді өз жағынан түсіндіреді.
Беттік керілудің классикалық анықтамасы келесідей: бұл фазалық шекара. Яғни, сұйықтық белгілі бір көлемді алған кезде, ол сыртқы жағынан газ тәрізді ортамен - ауамен, бумен немесе басқа заттармен шектеседі. Осылайша, фазалардың бөлінуі жанасу нүктесінде орын алады.
Сонымен бірге молекулалар өздерін мүмкіндігінше көп бөлшектермен қоршауға бейім және осылайша,сұйықтықты тұтастай қысу. Сондықтан беті созылып кеткен сияқты. Дәл осындай қасиет ауырлық күші болмаған кездегі сұйық тамшылардың сфералық пішінін де түсіндіре алады. Өйткені, бұл молекуланың энергиясы тұрғысынан идеалды пішін. Мысалдар:
- сабын көпіршіктері;
- қайнаған су;
- салмақсыздықта сұйықтық төмендейді.
Кейбір жәндіктер беттік керілудің арқасында су бетінде дәл «жүруге» бейімделген. Мысалдар: судағы шабандоздар, суда жүзетін құстар, кейбір құрттар.
Түс
Сұйықтар мен қатты заттардың ортақ қасиеттері бар. Олардың бірі - өтімділік. Бүкіл айырмашылық - біріншісі үшін бұл шексіз. Бұл параметрдің мәні неде?
Сұйық денеге сыртқы күш түсірсе, ол бөліктерге бөлініп, оларды бір-бірінен ажыратады, яғни ағып кетеді. Бұл жағдайда әрбір бөлік қайтадан ыдыстың бүкіл көлемін толтырады. Қатты заттар үшін бұл қасиет шектеулі және сыртқы жағдайларға байланысты.
Қасиеттердің температураға тәуелділігі
Оларға біз қарастыратын заттарды сипаттайтын үш параметр кіреді:
- қызып кету;
- салқындату;
- қайнау.
Сұйықтардың аса қызу және гипотермия сияқты қасиеттері сәйкесінше критикалық қайнау және қату нүктелеріне (нүктелеріне) тікелей байланысты. Қызып кеткен сұйықтық - температура әсер еткенде сыни қыздыру нүктесінің шегін еңсерген, бірақ қайнаудың сыртқы белгілерін көрсетпеген сұйықтық.
Сәйкесінше суперсалқындатылған деп аталадытөмен температураның әсерінен басқа фазаға өтудің критикалық нүктесінің табалдырығынан өткен, бірақ қатты затқа айналмаған сұйықтық.
Бірінші де, екінші жағдайда да мұндай қасиеттердің көрінуіне жағдайлар бар.
- Жүйеге механикалық әсер етпейді (қозғалыс, діріл).
- Бірыңғай температура, кенет секірулер мен құлауларсыз.
Қызық факт, егер сіз бөтен затты қатты қызған сұйықтыққа (мысалы, су) лақтырсаңыз, ол бірден қайнап кетеді. Оны радиацияның әсерінен (микротолқынды пеште) қыздыру арқылы алуға болады.
Материяның басқа фазаларымен бірге өмір сүру
Бұл параметр үшін екі опция бар.
- Сұйық - газ. Мұндай жүйелер ең кең таралған, өйткені олар табиғаттың барлық жерінде бар. Өйткені, судың булануы табиғи айналымның бір бөлігі болып табылады. Бұл жағдайда алынған бу сұйық сумен бір мезгілде болады. Егер тұйық жүйе туралы айтатын болсақ, онда булану сонда да болады. Бұл жай ғана бу өте тез қанықтырады және бүкіл жүйе тепе-теңдікке келеді: сұйық - қаныққан бу.
- Сұйық - қатты заттар. Әсіресе мұндай жүйелерде тағы бір қасиет байқалады - ылғалдану. Су мен қатты заттың өзара әрекеттесуінде соңғысы толығымен, ішінара сулануы немесе тіпті суды итеруі мүмкін. Суда тез және іс жүзінде шексіз еритін қосылыстар бар. Бұған мүлде қабілетсіздері бар (кейбір металдар, алмаз және басқалары).
Жалпы гидроаэромеханика пәні сұйықтықтардың басқа агрегаттық күйдегі қосылыстармен әрекеттесуін зерттеумен айналысады.
Сығылу мүмкіндігі
Сығу мүмкіндігі туралы айтпасақ, сұйықтықтың негізгі қасиеттері толық болмас еді. Әрине, бұл параметр газ жүйелеріне тән. Дегенмен, біз қарастырып жатқандарды белгілі бір жағдайларда қысуға болады.
Негізгі айырмашылық - процестің жылдамдығы мен оның біркелкілігі. Газды тез және төмен қысымда сығуға болатынымен, сұйықтықтар біркелкі емес, жеткілікті ұзақ және арнайы таңдалған жағдайларда сығылады.
Сұйықтардың булануы және конденсациялануы
Бұл сұйықтықтың тағы екі қасиеті. Физика оларға келесі түсініктемелерді береді:
- Булану – заттың агрегацияның сұйық күйінен қатты күйге біртіндеп ауысуын сипаттайтын процесс. Бұл жүйеге термиялық әсерлердің әсерінен болады. Молекулалар қозғала бастайды және кристалдық торларын өзгерте отырып, газ күйіне өтеді. Процесс барлық сұйықтық буға айналғанша жалғасуы мүмкін (ашық жүйелер үшін). Немесе тепе-теңдік орнағанша (жабық ыдыстар үшін).
- Конденсация жоғарыда көрсетілгенге қарама-қарсы процесс. Мұнда бу сұйық молекулаларға өтеді. Бұл тепе-теңдік немесе толық фазалық ауысу орнатылғанша болады. Бу сұйықтыққа оған жібергеннен гөрі көбірек бөлшектер шығарады.
Табиғаттағы осы екі процестің типтік мысалдары Дүниежүзілік мұхит бетінен судың булануы, оның конденсациялануы болып табылады.атмосфераның жоғарғы қабаты, содан кейін құлдырау.
Сұйықтықтың механикалық қасиеттері
Бұл қасиеттер гидромеханика сияқты ғылымның зерттеу пәні болып табылады. Нақтырақ айтсақ, оның бөлімі, сұйық және газ механикасы теориясы. Қарастырылатын заттардың агрегаттық күйін сипаттайтын негізгі механикалық параметрлерге мыналар жатады:
- тығыздығы;
- бөлісу;
- тұтқырлық.
Сұйық дененің тығыздығы деп оның бір көлем бірлігіндегі массасын түсінеміз. Бұл көрсеткіш әртүрлі қосылыстар үшін өзгереді. Бұл көрсеткіш бойынша есептелген және эксперименталды түрде өлшенген деректер бар, олар арнайы кестелерге енгізілген.
Меншікті ауырлық сұйықтықтың бір көлемінің бірлігінің салмағы ретінде қарастырылады. Бұл көрсеткіш температураға қатты тәуелді (ол көтерілген сайын салмағы азаяды).
Сұйықтардың механикалық қасиеттерін не үшін зерттеу керек? Бұл білім табиғатта, адам ағзасында болып жатқан процестерді түсіну үшін маңызды. Сондай-ақ техникалық құралдарды, әртүрлі бұйымдарды жасау кезінде. Өйткені, сұйық заттар планетамыздағы ең көп таралған агрегаттық формалардың бірі болып табылады.
Ньютондық емес сұйықтықтар және олардың қасиеттері
Газдардың, сұйықтардың, қатты денелердің қасиеттері физиканың, сонымен қатар кейбір сабақтас пәндердің зерттеу объектісі болып табылады. Дегенмен, дәстүрлі сұйық заттардан басқа, Ньютондық емес деп аталатындар да бар, оларды да осы ғылым зерттейді. Олар не және олар не үшін алдытақырыбы қандай?
Бұл қосылыстардың не екенін түсіну үшін мұнда ең көп таралған тұрмыстық мысалдар берілген:
- Балалар ойнайтын «Слайм»;
- "қол сағызы" немесе қолдарға арналған сағыз;
- тұрақты құрылыс бояуы;
- крахмалдың судағы ерітіндісі, т.б.
Яғни, бұл тұтқырлығы жылдамдық градиентіне бағынатын сұйықтықтар. Соққы неғұрлым жылдам болса, тұтқырлық индексі соғұрлым жоғары болады. Сондықтан қол сағызы еденге қатты соққанда, ол бөлшектерге бөлінетін толық қатты затқа айналады.
Егер сіз оны жалғыз қалдырсаңыз, ол бірнеше минуттан кейін жабысқақ шалшыққа айналады. Ньютондық емес сұйықтықтар тек техникалық мақсатта ғана емес, сонымен қатар мәдени және тұрмыстық мақсаттарда да қолданылған қасиеттері бойынша өте ерекше заттар болып табылады.
