Жидкое состояние вещества структура и физические свойства. Характеристика жидкого состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

Жидкое состояние вещества структура и физические свойства. Характеристика жидкого состояния вещества
Определение 1

Агрегатные состояния вещества(от лат. “aggrego” означает “присоединяю”, “связываю”) – это состояния одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном виде.

При переходе из одного состояния в другое наблюдается скачкообразное изменение энергии, энтропии, плотности и прочих свойств вещества.

Твердые и жидкие тела

Определение 2

Твердые тела – это тела, которые отличаются постоянством своей формы и объема.

В твердых телах межмолекулярные расстояния маленькие, а потенциальную энергию молекул можно сравнить с кинетической.

Твёрдые тела подразделяются на 2 вида:

  1. Кристаллические;
  2. Аморфные.

В состоянии термодинамического равновесия находятся только лишь кристаллические тела. Аморфные же тела по факту представляют собой метастабильные состояния, которые по строению схожи с неравновесными, медленно кристаллизующимися жидкостями.

В аморфном теле происходит чересчур медленный процесс кристаллизации, процесс постепенного преобразования вещества в кристаллическую фазу. Разница кристалла от аморфного твердого тела состоит, в первую очередь, в анизотропии его свойств.

Свойства кристаллического тела определяются в зависимости от направления в пространстве. Разнообразные процессы (например, теплопроводность, электропроводность, свет, звук) распространяются в разных направлениях твердого тела по-разному.

А вот аморфные тела (например, стекло, смолы, пластмассы) изотропные, как и жидкости. Разница аморфных тел от жидкостей заключается лишь только в том, что последние текучие, в них не происходят статические деформации сдвига.

У кристаллических тел правильное молекулярное строение. Именно за счет правильного строения кристалл имеет анизотропные свойства. Правильное расположение атомов кристалла создает так называемую кристаллическую решетку.

В разных направлениях месторасположение атомов в решетке различное, что и приводит к анизотропии.

Атомы (ионы либо целые молекулы) в кристаллической решетке совершают беспорядочное колебательное движение возле средних положений, которые и рассматриваются в качестве узлов кристаллической решетки.

Чем выше температура, тем выше энергия колебаний, а значит, и средняя амплитуда колебаний. В зависимости от амплитуды колебаний определяется размер кристалла. Увеличение амплитуды колебаний приводит к увеличению размеров тела. Таким образом, объясняется тепловое расширение твердых тел.

Определение 3

Жидкие тела – это тела, имеющие определенный объем, но не имеющие упругой формы.

Для вещества в жидком состоянии характерно сильное межмолекулярное взаимодействие и малая сжимаемость. Жидкость занимает промежуточное положение между твердым телом и газом. Жидкости, также как и газы, обладают изотpопными свойствами. Помимо этого, жидкость обладает свойством текучести.

В ней, как и в газах, нет касательного напряжения (напряжения на сдвиг) тел. Жидкости тяжелые, то есть их удельные веса можно сравнить с удельными весами твердых тел. Вблизи температур кристаллизации их теплоемкости и прочие тепловые свойства близки к соответствующим свойствам твердых тел.

В жидкостях наблюдается до заданной степени правильное расположение атомов, но только лишь в маленьких областях. Здесь атомы также проделывают колебательное движение около узлов квазикристаллической ячейки, однако в отличие от атомов твердого тела они периодически перескакивают от одного узла к другому.

В итоге движение атомов будет весьма сложное: колебательное, но вместе с тем центр колебаний перемещается в пространстве.

Газ, испарение, конденсация и плавление

Определение 4

Газ – это такое состояние вещества, при котором расстояния между молекулами огромны.

Силами взаимодействия между молекулами при небольших давлениях можно пренебречь. Частицы газа заполоняют весь объем, который предоставлен для газа. Газы рассматривают как сильно перегретые либо ненасыщенные пары.

Особый вид газа – плазма (частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов почти одинаковые).

То есть плазма – это газ из заряженных частиц, взаимодействующих между собой при помощи электрических сил на большом расстоянии, но не имеющих ближнего и дальнего расположения частиц.

Как известно, вещества способны переходить из одного агрегатного состояния в другое.

Определение 5

Испарение – это процесс изменения агрегатного состояния вещества, при котором с поверхности жидкости либо твердого тела вылетают молекулы, кинетическая энергия которых преобразовывает потенциальную энергию взаимодействия молекул.

Испарение является фазовым переходом. При испарении часть жидкости или твердого тела преобразуется в пар.

Определение 6

Вещество в газообразном состоянии, которое находится в динамическом равновесии с жидкостью, называется насыщенным паром. При этом изменение внутренней энергии тела равняется:

∆U=±mr (1),

где m – это масса тела, r – это удельная теплота парообразования (Дж/кг).

Определение 7

Конденсация представляет собой процесс, обратный парообразованию.

Изменение внутренней энергии рассчитывается по формуле (1).

Определение 8

Плавление – это процесс преобразования вещества из твердого состояния в жидкое, процесс изменения агрегатного состояния вещества.

При нагревании вещества растет его внутренняя энергия, поэтому увеличивается скорость теплового движения молекул. При достижении веществом своей температуры плавления кристаллическая решетка твердого тела разрушается. Связи между частицами также разрушаются, растет энергия взаимодействия между частицами.

Теплота, которая передается телу, идет на увеличение внутренней энергии данного тела, и часть энергии расходуется на совершение работы по изменению объема тела при его плавлении. У многих кристаллических тел объем увеличивается при плавлении, однако есть исключения (к примеру, лед, чугун).

Аморфные тела не обладают определенной температурой плавления. Плавление представляет собой фазовый переход, который характеризуется скачкообразным изменением теплоемкости при температуре плавления. Температура плавления зависит от вещества и она остается неизменной в ходе процесса.

Тогда изменение внутренней энергии тела равняется:

∆U=±mλ (2),

где λ – это удельная теплота плавления (Дж/кг).

Определение 9

Кристаллизация представляет собой процесс, обратный плавлению.

Изменение внутренней энергии рассчитывается по формуле (2).

Изменение внутренней энергии каждого тела системы при нагревании или охлаждении вычисляется по формуле:

∆U=mc∆T (3),

где c – это удельная теплоемкость вещества, ДжкгК, △T – это изменение температуры тела.

Определение 10

При рассматривании преобразований веществ из одних агрегатных состояний в другие нельзя обойтись без так называемого уравнения теплового баланса: суммарное количество теплоты, выделяемое в теплоизолированной системе, равняется количеству теплоты (суммарному), которое в данной системе поглощается.

Q1+Q2+Q3+…+Qn=Q'1+Q'2+Q'3+…+Q'k.

По сути, уравнение теплового баланса – это закон сохранения энергии для процессов теплообмена в термоизолированных системах.

Пример 1

В теплоизолированном сосуде находятся вода и лед с температурой ti=0°C. Масса воды mυ и льда mi соответственно равняется 0,5 кг и 60 г. В воду впускают водяной пар массой mp=10 г при температуре tp=100°C. Какой будет температура воды в сосуде после того, как установится тепловое равновесие? При этом теплоемкость сосуда учитывать не нужно.

Рисунок 1

Решение

Определим, какие процессы осуществляются в системе, какие агрегатные состояния вещества мы наблюдали и какие получили.

Водяной пар конденсируется, отдавая при этом тепло.

Тепловая энергия идет на плавление льда и, может быть, нагревание имеющейся и полученной изо льда воды.

Прежде всего, проверим, сколько теплоты выделяется при конденсации имеющейся массы пара:

Qp=-rmp;Qp=2,26·106·10-2=2,26·104 (Дж),

здесь из справочных материалов у нас есть r=2,26·106 Джкг – удельная теплота парообразования (применяется и для конденсации).

Для плавления льда понадобится следующее количество тепла:

Qi=λmiQi=6·10-2·3,3·105≈2·104 (Дж),

здесь из справочных материалов у нас есть λ=3,3·105 Джкг – удельная теплота плавления льда.

Выходит, что пар отдает тепла больше, чем необходимо, только для расплавления имеющегося льда, значит, уравнение теплового баланса запишем следующим образом:

rmp+cmp(Tp-T)=λmi+c(mυ+mi)(T-Ti).

Теплота выделяется при конденсации пара массой mp и остывании воды, образуемой из пара от температуры Tp до искомой T. Теплота поглощается при плавлении льда массой mi и нагревании воды массой mυ+mi от температуры Ti до T. Обозначим T-Ti=∆T для разности Tp-T получаем:

Tp-T=Tp-Ti-∆T=100-∆T.

Уравнение теплового баланса будет иметь вид:

rmp+cmp(100-∆T)=λmi+c(mυ+mi)∆T;c(mυ+mi+mp)∆T=rmp+cmp100-λmi;∆T=rmp+cmp100-λmicmυ+mi+mp.

Сделаем вычисления с учетом того, что теплоемкость воды табличная

c=4,2·103 ДжкгК, Tp=tp+273=373 К, Ti=ti+273=273 К:∆T=2,26·106·10-2+4,2·103·10-2·102-6·10-2·3,3·1054,2·103·5,7·10-1≈3 (К),

тогда T=273+3=276 К

Ответ: Температура воды в сосуде после установления теплового равновесия будет равняться 276 К.

Пример 2

На рисунке 2 изображен участок изотермы, который отвечает переходу вещества из кристаллического в жидкое состояние. Что соответствует данному участку на диаграмме p,T?

Рисунок 2

Ответ: Вся совокупность состояний, которые изображены на диаграмме p,V горизонтальным отрезком прямой на диаграмме p,T показано одной точкой, которая определяет значения p и T, при которых происходит преобразование из одного агрегатного состояния в другое.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/molekuljarno-kineticheskaja-teorija/agregatnye-sostojanija-veschestva/

Х и м и я

Жидкое состояние вещества структура и физические свойства. Характеристика жидкого состояния вещества

Жидкое состояние является промежуточным между газообразным и кристаллическим. По одним свойствам жидкости близки к газам, по другим – к твёрдым телам.

С газами жидкости сближает, прежде всего, их изотропность и текучесть. Последняя обуславливает способность жидкости легко изменять свою форму.

Однако высокая плотность и малая сжимаемость жидкостей приближает их к твёрдым телам.

Жидкость может обнаруживать механические свойства, присущие твёрдому телу. Если время действия силы на жидкость мало, то жидкость проявляет упругие свойства. Например, при резком ударе палкой о поверхность воды палка может вылететь из руки или сломаться.

Камень можно бросить так, что он при ударе о поверхность воды отскакивает от неё, и лишь совершив несколько скачков, тонет в воде.

Если же время воздействия на жидкость велико, то вместо упругости проявляется текучесть жидкости. Например, рука легко проникает внутрь воды.

Способность жидкостей легко изменять свою форму говорит об отсутствии в них жёстких сил межмолекулярного взаимодействия.

В то же время низкая сжимаемость жидкостей, обусловливающая способность сохранять постоянный при данной температуре объём, указывает на присутствие хотя и не жёстких, но всё же значительных сил взаимодействия между частицами.

Соотношение потенциальной и кинетической энергии

Для каждого агрегатного состояния характерно своё соотношение между потенциальной и кинетической энергиями частиц вещества.

У твёрдых тел средняя потенциальная энергия частиц больше их средней кинетической энергии. Поэтому в твёрдых телах частицы занимают определённые положения друг относительно друга и лишь колеблются относительно этих положений.

Для газов соотношение энергий обратное, вследствии чего молекулы газов всегда находятся в состоянии хаотического движения и силы сцепления между молекулами практически отсутствуют, так что газ всегда занимает весь предоставленный ему объём.

В случае жидкостей кинетическая и потенциальная энергия частиц приблизительно одинаковы, т.е. частицы связаны друг с другом, но не жёстко. Поэтому жидкости текучи, но имеют постоянный при данной температуре объём.

Взаимодействие частиц, образующих жидкость

Расстояния между молекулами жидкости меньше радиуса молекулярного действия.

Если вокруг молекулы жидкости описать сферу молекулярного действия, то внутри этой сферы окажутся центры многих других молекул, которые будут взаимодействовать с нашей молекулой.

Эти силы взаимодействия удерживают молекулу жидкости около её временного положения равновесия примерно в течение 10-12 – 10-10 с, после чего она перескакивает в новое временное положение равновесия приблизительно на расстояние своего диаметра.

Молекулы жидкости между перескоками совершают колебательное движение около временного положения равновесия.

Время между двумя перескоками молекулы из одного положения в другое называется временем оседлой жизни. Это время зависит от вида жидкости и температуры. При нагревании жидкости среднее время оседлой жизни молекул уменьшается.

В течение времени оседлой жизни (порядка 10-11 с) большинство молекул жидкости удерживается в своих положениях равновесия, и лишь небольшая часть их успевает за это время перейти в новое положение равновесия.

За более длительное время уже большинство молекул жидкости успеет переменить своё местоположение.

Так как молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу, то получив достаточно большую кинетическую энергию, они хотя и могут преодолеть притяжение своих ближайших соседей и выйти из сферы их действия, но попадут в сферу действия других молекул и окажутся в новом временном положении равновесия.

Лишь находящиеся на свободной поверхности жидкости молекулы могут вылететь за пределы жидкости, чем и объясняется процесс её испарения.

Если в жидкости выделить очень малый объём, то в течение времени оседлой жизни в нём существует упорядоченное расположение молекул, подобное их расположению в кристаллической решётке твёрдого тела.

Затем оно распадается, но возникает в другом месте. Таким образом, всё пространство, занятое жидкостью, как бы состоит из множества зародышей кристаллов, которые, однако, не устойчивы, т.е.

распадаются в одних местах, но снова возникают в других.

Стуктуры жидкостей и аморфных тел схожи

В результате применения к жидкостям методов структурного анализа установлено, что по структуре жидкости подобны аморфным телам. В большинстве жидкостей наблюдается ближний порядок – число ближайших соседей у каждой молекулы и их взаимное расположение приблизительно одинаковы во всём объёме жидкости.

Степень упорядоченности частиц у различных жидкостей различна. Кроме того, она изменяется при изменении температуры.

При низких температурах, незначительно превышающих температуру плавления данного вещества, степень упорядоченности расположения частиц данной жидкости велика.

С ростом температуры она падает и по мере нагревания свойства жидкости всё больше и больше приближаются к свойствам газа. При достижении критической температуры различие между жидкостью и газом исчезает.

Вследствии сходства во внутренней структуре жидкостей и аморфных тел последние часто рассматриваются как жидкости с очень высокой вязкостью, а к твёрдым телам относят только вещества в кристаллическом состоянии.

Уподобляя аморфные тела жидкостям, следует, однако, помнить, что в аморфных телах в отличие от обычных жидкостей частицы имеют незначительную подвижность – такую же как в кристалах.

Источник: http://xn----7sbb4aandjwsmn3a8g6b.xn--p1ai/views/alchemy/theory/chemistry/colloid-chemistry/characteristic_of_liquid_state_of_matter.php

Свойства жидкостей. Основные физические свойства жидкости

Жидкое состояние вещества структура и физические свойства. Характеристика жидкого состояния вещества

Известно, что все, что окружает человека, включая и его самого, – это тела, состоящие из веществ. Те, в свою очередь, построены из молекул, последние из атомов, а они – из еще более мелких структур.

Однако окружающее разнообразие столь велико, что сложно представить даже какую-то общность. Так и есть. Соединения исчисляются миллионами, каждое из них уникально по свойствам, строению и выполняемой роли.

Всего выделяют несколько фазовых состояний, по которым можно соотнести все вещества.

Агрегатные состояния веществ

Можно назвать четыре варианта агрегатного состояния соединений.

  1. Газы.
  2. Твердые вещества.
  3. Жидкости.
  4. Плазма – сильно разреженные ионизированные газы.

В данной статье мы рассмотрим свойства жидкостей, особенности их строения и возможные параметры характеристик.

Классификация жидких тел

В основу данного деления положены свойства жидкостей, их структура и химическое строение, а также типы взаимодействий между составляющими соединения частицами.

  1. Такие жидкости, которые состоят из атомов, удерживающихся между собой силами Ван-дер-Ваальса. Примерами могут служить жидкие газы (аргон, метан и другие).
  2. Такие вещества, которые состоят из двух одинаковых атомов. Примеры: газы в сжиженном виде – водород, азот, кислород и другие.
  3. Жидкие металлы – ртуть.
  4. Вещества, состоящие из элементов, связанных ковалентными полярными связями. Примеры: хлороводород, йодоводород, сероводород и прочие.
  5. Соединения, в которых присутствуют водородные связи. Примеры: вода, спирты, аммиак в растворе.

Существуют и особенные структуры – типа жидких кристаллов, неньютоновских жидкостей, которые обладают особыми свойствами.

Мы же рассмотрим основные свойства жидкости, которые отличают ее от всех других агрегатных состояний. В первую очередь это такие, которые принято называть физическими.

Свойства жидкостей: форма и объем

Всего можно выделить около 15 характеристик, которые позволяют описать, что же представляют собой рассматриваемые вещества и в чем заключается их ценность, особенности.

Самые первые физические свойства жидкости, которые приходят на ум при упоминании этого агрегатного состояния, это способность менять форму и занимать определенный объем. Так, например, если говорить о форме жидких веществ, то общепринято считать ее отсутствующей. Однако это не так.

Под действием всем известной силы тяжести капли вещества подвергаются некоей деформации, поэтому их форма нарушается и становится неопределенной.

Однако если поместить каплю в условия, при которых гравитация не действует или сильно ограничена, то она примет идеальную форму шара.

Таким образом, получив задание: “Назовите свойства жидкостей” человек, считающий себя достаточно сведущим в физике, должен упомянуть об этом факте.

Что касается объема, то здесь следует заметить общие свойства газов и жидкостей. И те и другие способны занимать весь объем пространства, в котором находятся, ограничиваясь лишь стенками сосуда.

Физические свойства жидкости весьма разнообразны. Но уникальным является такое из них, как вязкость. Что это такое и чем определяется? Главные параметры, от которых зависит рассматриваемая величина, это:

  • касательное напряжение;
  • градиент скорости движения.

Зависимость указанных величин линейная.

Если же объяснить более простыми словам, то вязкость, как и объем, – это такие свойства жидкостей и газов, которые являются для них общими и подразумевают неограниченное движение независимо от внешних сил воздействия. То есть если вода вытекает из сосуда, она будет продолжать это делать при любых воздействиях (сила тяжести, трения и прочих параметрах).

В этом состоит отличие от неньютоновских жидкостей, которые обладают большей вязкостью и могут оставлять вслед за движением дыры, заполняющиеся со временем.

От чего же будет зависеть данный показатель?

  1. От температуры. С увеличением температуры вязкость одних жидкостей увеличивается, а других, наоборот, уменьшается. Это зависит от конкретного соединения и его химического строения.
  2. От давления. Повышение вызывает увеличение показателя вязкости.
  3. От химического состава вещества. Вязкость изменяется при наличии примесей и посторонних компонентов в навеске чистого вещества.

Теплоемкость

Этот термин определяет способность вещества поглощать определенное количество тепла для увеличения собственной температуры на один градус по Цельсию. Существуют разные соединения по данному показателю. Одни обладают большей, другие меньшей теплоемкостью.

Так, например, вода – очень хороший теплонакопитель, что позволяет ее широко использовать для систем отопления, приготовления пищи и прочих нужд. В целом, показатель теплоемкости строго индивидуален для каждой отдельно взятой жидкости.

Поверхностное натяжение

Часто, получив задание: “Назовите свойства жидкостей” сразу вспоминают о поверхностном натяжении. Ведь с ним детей знакомят на уроках физики, химии и биологии. И каждый предмет объясняет этот важный параметр со своей стороны.

Классическое определение поверхностного натяжения следующее: это граница раздела фаз. То есть в то время, когда жидкость заняла определенный объем, она снаружи граничит с газовой средой – воздухом, паром или еще каким-либо веществом. Таким образом, на месте соприкосновения возникает разделение фаз.

При этом молекулы стремятся окружить себя как можно большим числом частиц и, таким образом, приводят как бы к сжиманию жидкости в целом. Следовательно, поверхность словно натягивается. Этим же свойством можно объяснить и шарообразную форму капель жидкости при отсутствии воздействия сил тяжести. Ведь именно такая форма идеальна с точки зрения энергии молекулы. Примеры:

  • мыльные пузыри;
  • кипящая вода;
  • капли жидкости в невесомости.

Некоторые насекомые приспособились к “хождению” по поверхности воды именно благодаря поверхностному натяжению. Примеры: водомерки, водоплавающие жуки, некоторые личинки.

Текучесть

Есть общие свойства жидкостей и твердых тел. Одно из них – текучесть. Вся разница в том, что для первых она неограниченна. В чем заключается суть этого параметра?

Если приложить внешнее воздействие к жидкому телу, то оно разделится на части и отделит их друг от друга, то есть перетечет. При этом каждая часть снова заполнит весь объем сосуда. Для твердых тел это свойство ограниченно и зависит от внешних условий.

Зависимость свойств от температуры

К таковым можно отнести три параметра, характеризующие рассматриваемые нами вещества:

  • перегрев;
  • охлаждение;
  • кипение.

Такие свойства жидкостей, как перегревание и переохлаждение, напрямую связаны с критическими температурами (точками) кипения и замерзания соответственно. Перегревшейся называют жидкость, которая преодолела порог критической точки нагревания при воздействии температуры, однако внешних признаков кипения не подала.

Переохлажденной, соответственно, называют жидкость, которая преодолела порог критической точки перехода в другую фазу под воздействием низких температур, однако твердой не стала.

Как в первом, так и во втором случае есть условия для проявления таких свойств.

  1. Отсутствие механических воздействий на систему (движение, вибрация).
  2. Равномерная температура, без резких скачков и перепадов.

Интересен факт, что если в перегретую жидкость (например, воду) бросить посторонний предмет, то она мгновенно вскипит. Получить же ее можно нагреванием под воздействием излучения (в микроволновой печи).

Можно выделить два варианта по данному параметру.

  1. Жидкость – газ. Такие системы являются наиболее широко распространенными, поскольку существуют в природе повсеместно. Ведь испарение воды – часть естественного круговорота. При этом образующийся пар существует одновременно с жидкой водой. Если же говорить о замкнутой системе, то и там происходит испарение. Просто пар становится насыщенным очень быстро и вся система в целом приходит к равновесию: жидкость – насыщенный пар.
  2. Жидкость – твердые вещества. Особенно на таких системах заметно еще одно свойство – смачиваемость. При взаимодействии воды и твердого вещества последнее может смачиваться полностью, частично или вообще отталкивать воду. Существуют соединения, которые растворяются в воде быстро и практически неограниченно. Есть и те, что вообще к этому не способны (некоторые металлы, алмаз и прочие).

В целом изучением взаимодействия жидкостей с соединениями в других агрегатных состояниях занимается дисциплина гидроаэромеханика.

Сжимаемость

Основные свойства жидкости были бы неполными, если бы мы не упомянули о сжимаемости. Конечно, этот параметр больше характерен для газовых систем. Однако и рассматриваемые нами также могут поддаваться сжатию при определенных условиях.

Главное отличие – это скорость процесса и его равномерность. Если газ можно сжать быстро и под небольшим давлением, то жидкости сжимаются неравномерно, достаточно долго и при специально подобранных условиях.

Испарение и конденсация жидкостей

Это еще два свойства жидкости. Физика дает им следующие объяснения:

  1. Испарение – это процесс, который характеризует постепенный переход вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Происходит это под действием тепловых воздействий на систему. Молекулы приходят в движение и, меняя свою кристаллическую решетку, переходят в газообразное состояние. Процесс может происходить до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в пар (для открытых систем). Или же до установления равновесия (для замкнутых сосудов).
  2. Конденсация – процесс, противоположный выше обозначенному. Здесь пар переходит в молекулы жидкости. Так происходит до установления равновесия или полного фазового перехода. Пар отдает в жидкость большее количество частиц, чем она ему.

Типичные примеры этих двух процессов в природе – испарение воды с поверхности Мирового океана, конденсация ее в верхних слоях атмосферы, а затем выпадение в виде осадков.

Механические свойства жидкости

Данные свойства являются предметом изучения такой науки, как гидромеханика. Конкретно – ее раздела, теории механики жидкости и газа. К основным механическим параметрам, характеризующим рассматриваемое агрегатное состояние веществ, относятся:

  • плотность;
  • удельный вес;
  • вязкость.

Под плотностью жидкого тела понимают его массу, которая содержится в одной единице объема. Данный показатель для разных соединений варьируется. Существуют уже рассчитанные и измеренные экспериментальным путем данные по этому показателю, которые занесены в специальные таблицы.

Удельным весом принято считать вес одной единицы объема жидкости. Данный показатель сильно зависит от температуры (при повышении ее вес снижается).

Для чего следует изучать механические свойства жидкостей? Данные знания являются важными для понимания процессов, происходящих в природе, внутри человеческого организма. Также при создании технических средств, различной продукции. Ведь жидкие вещества – одна из самых распространенных агрегатных форм на нашей планете.

Неньютоновские жидкости и их свойства

Свойства газов, жидкостей, твердых тел – это объект изучения физики, а также некоторых смежных с ней дисциплин. Однако помимо традиционных жидких веществ, существуют еще и так называемые неньютоновские, их тоже изучает эта наука. Что они собой представляют и почему получили такое название?

Для понимания того, что собой представляют подобные соединения, приведем самые распространенные бытовые примеры:

  • “лизун”, которым играют дети;
  • “хенд гам”, или жвачка для рук;
  • обычная строительная краска;
  • раствор крахмала в воде и прочее.

То есть это такие жидкости, вязкость которых подчиняется градиенту скорости. Чем быстрее воздействие, тем выше показатель вязкости. Поэтому при резком ударе хенд гама об пол он превращается в совершенно твердое вещество, способное расколоться на части.

Если же оставить его в покое, то буквально через несколько минут он растечется липкой лужицей. Неньютоновские жидкости – достаточно уникальные по свойствам вещества, которые нашли применение не только в технических целях, но и в культурно-бытовых.

Источник: https://FB.ru/article/181575/svoystva-jidkostey-osnovnyie-fizicheskie-svoystva-jidkosti

Агрегатные состояния вещества: твердое жидкое и газообразное. Влияние температуры, давления и примесей

Жидкое состояние вещества структура и физические свойства. Характеристика жидкого состояния вещества

Существует три основные состояния вещества — газообразное, жидкое и твердое. В физике эти состояния называют агрегатными. Итак, агрегатное состояние вещества называют физическое состояние, которое напрямую зависит от таких основных характеристик как давление и температура.

Пребывая в том или ином состоянии, веществам свойственны разнообразные структуры. Кроме перечисленных трех основных агрегатных состояний существуют и другие, но мы в рамках статьи не будем в них углубляться.

Влияние энергии движения частиц на свойства агрегатных состояний веществ

Как известно, любое вещество состоит из молекул, которые в свою очередь делятся на атомы. В качестве частиц кроме молекул могут рассматриваться и ионы, в которые превращаются атомы или их группы. На самом деле, ионы или молекулы имеют сложную форму построения, но для упрощения их построения и создания визуальной наглядности их представляют в сферическом виде.

Абсолютно во всех веществах сила взаимного притяжения между их частицами препятствуют их передвижению друг относительно друга.

Однако с ростом температуры кинетическая энергия частиц начинает расти и тем создавая все большее противодействие силе притяжения между частицами.

Агрегатное состояние вещества зависит от отношения приобретенной кинетической энергии частицы к силе их взаимного притяжения.

Проще говоря, от того, насколько свободно и дальше может «гулять» молекулы относительно других и зависит текущее физическое состояние вещества. Изменяя показатели температуры и давления можно наблюдать переход из одного состояния в другое.

Самый распространенный пример перехода из одного состояния в другое в жизни можно наблюдать на примере трех состояний молекулы воды: твердом в качестве льда при температуре ниже 0 0С, жидком при температуре выше 00С и газообразном паре, который образуется после закипания воды при температуре 100 0С и выше.

На этом графике показано, как изменяется энергия частиц вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях. Чем больше энергия, тем быстрее частицы движутся или колеблются. Небольшая доля частиц обладает очень низкой или очень высокой энергией.

Твердое агрегатное состояние

В твердых веществах за счет сильного взаимного притяжения у частиц нет возможности развивать необходимую кинетическую энергию и тем самым передвигаться свободно от заданной позиции при условии сохранения текущей температуры и давления. Частицы твердых веществ располагаются тесно друг от друга и образуют определенную структуру, которую называют кристаллической решеткой.

Эталонным примером регулярной кристаллической решетки является кристалл.

Жидкое агрегатное состояние

Отличительным свойством жидкости является их текучесть, вследствие чего они способны менять свою форму. Жидкость, налитая в сосуд, моментально принимает его форму и под воздействием гравитационной силы Земли располагается на его дне.

Граница верхней поверхности жидкости при этом образует гладкую плоскость. Кинетическая энергия движения молекул воды превосходит их взаимное притяжение, которое не способно в свою очередь удержать их не месте.

Молекула воды словно перекатывается от одной к другой создавая видимую нашим глазом текучесть.

Жидкость, в отличие от твердых тел, не имеет кристаллической решетки.

Газообразное агрегатное состояние

Газообразное вещество как и жидкость заполняет сосуд, только в отличии от жидкости — весь его объем. Прощу говоря, наполовину налитая жидкость в сосуд не может заполнить весь ее объем, а газ может.

Это достигается благодаря очень высокой кинетической энергии молекул газа, которая в разы превосходит энергию их взаимного притяжения, а также гравитационную силу. Поэтому газ не скатывается как жидкость на дно сосуда.

Газ, как и жидкость не имеет кристаллической решетки в отличии от твердого тела.

Взаимное расположения между молекулами газа свободно изменяется, что позволяет различным телам проходить сквозь его молекулы.

Точка плавления

Физические агрегатные состояния веществ способны переходить с одного вида в другие — из твердых в жидкие, из жидких в газообразные при изменении их температуры. Изменение температуры ведет к увеличению или к уменьшению кинетической энергии. Переход твердого вещества в жидкое называют плавлением.

Границу перехода из твердого состояния в жидкое задает так называемая точка плавления с температурой, способной возбудить кинетическую энергию в частице, которой будет достаточно, чтобы отделиться от своего стационарного положения кристаллической решетки. Чем больше температура, тем больше передаваемая кинетическая энергия частицам элемента. Чем сильнее сила притяжения между частицами, тем больше необходимо создать кинетической энергии для высвобождения частиц из кристаллической решетки.

Во время литья расплавленное (раскаленное добела) железо выливается в приготовленную форму.

При температуре ниже 1535 0С железо затвердевает, принимая вид литейной формы.

Температура плавления вещества зависит от сил притяжения составляющих его частиц.

Для гелия эти силы настолько малы, что он становится твердым при давлении по крайней мере в 25 раз выше атмосферного.

Точка кипения

Пожалуй, самое распространенное явление перехода жидкого состояния в газообразное в быту — это кипение воды. Заваривая чай каждый из нас мог наблюдать рождение процесса кипения воды. Маленькие пузырьки пара в толще подогревающейся воды постепенно растут и достигая критических размеров начинают подниматься на поверхность, где лопаясь превращаются в газообразное состояние — пар.

Как и в случае с плавлением существует граничная температура, называемая точкой кипения, при которой кинетическая энергия становится достаточной для того, чтобы преодолеть силы взаимного притяжения частиц, не дающие оторваться друг от друга и покинуть занимаемый объем. Любой элемент таблицы Менделеева или вещество из нескольких элементов имеет свою точку кипения. Чистая дистиллированная вода (H2O) имеет температуру кипения 100 0С, этиловый спирт — (-79 0С), а высококонцентрированная серная кислота кипит при температуре 338 0С.

Температура кипения также зависит от давления и сил притяжения между частицами.

Однако, существуют исключения, при котором вещества могут миновать при переходе из одного агрегатного состояния в другую целую фазу превращения — переходя из твердого сразу в газообразную. Этот эффект называют сублимацией или возгонкой.

подборки опытов с сухим льдом

В качестве примера можно привести превращение сухого льда (диоксид углерода в твердом виде сразу в газообразное при температуре -78,5 0С.

Влияние давления и различных примесей на кипение или плавление

Вторым фактором, влияющим на агрегатное состояние вещества это давление. Повышая давление сила прижатия одной частицы вещества к другой растет, и таким образом необходимо для перехода из одного состояния в другое приложить большую кинетическую энергию (температуру). Образуется следующая взаимосвязь: температура кипения и плавления растет при повышении давления.

Примеси в частицах вещества также влияют на фактическую температуру плавления или кипения за чтоб того, что они влияют на существующие силы притяжения между частицами. Одним из ярких примеров влияние примесей — рассыпанные кристаллы соли на льду, которые заставляют лед превращаться в жидкость при температуре окружающей среды ниже нуля.

Источник: https://www.sciencedebate2008.com/agregatnyye-sostoyaniya-veshchestva-tverdoye-zhidkoye-i-gazoobraznoye/

Юрист и Закон
Добавить комментарий