ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СОСТОЯНИЯ ЖИДКОСТИ

PHYSICAL PROPERTIES AND STATE OF LIQUID

Amir Bekbulatov

is a 2nd year student the direction of training "Technosphere security», Russian State Social University,

Russia, Moscow

Damir Bekbulatov

scientific advisor, Senior Lecturer at the Faculty of Ecology and Technosphere Safety, Russian State Social University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Большинство веществ могут перемещаться между твердыми, жидкими и газовыми фазами при изменениях температуры. Молекула H₂0 принимает форму льда, кристаллического твердого тела, ниже 0 градусов по Цельсию; вода, жидкость, от 0 до 100 градусов по Цельсию; и водяного пара, или пара, газа, выше 100 градусов по Цельсию. Эти переходы происходят потому, что температура влияет на межмолекулярное притяжение между молекулами. Когда H₂0 преобразуется из жидкости в газ, например, повышение температуры увеличивает кинетическую энергию  так, что она в конечном итоге преодолевает межмолекулярные силы и молекулы могут свободно перемещаться в газовой фазе. Тем не менее, внутримолекулярные силы, которые держат H₂0 молекулы вместе остаются неизменными; H₂0 по-прежнему H₂0, независимо от его состояния материи.

ABSTRACT

Most substances can move between solid, liquid, and gas phases when the temperature changes. The H₂0 molecule takes the form of ice, a crystalline solid, below 0 degrees Celsius; water, a liquid, between 0 and 100 degrees Celsius; and water vapor, or steam, a gas, above 100 degrees Celsius. These transitions occur because temperature affects the intermolecular attraction between molecules. When H₂0 is converted from a liquid to a gas, for example, an increase in temperature increases the kinetic energy so that it eventually overcomes intermolecular forces and the molecules can move freely in the gas phase. However, the intramolecular forces that hold H₂0 molecules together remain unchanged; H₂0 is still H₂0, regardless of its state of matter.

Ключевые слова: физика, вода, жидкость, газ.

Keywords: physics, water, liquid, gas.

Три примера весьма разнообразного состояния материи: жидкости. Вода хлещет из крана. Мед течёт из бутылки. Бензин вытекает из насоса. Это всего лишь одно из ключевых определяющих свойств жидкостей - их способность течь. Помимо этой функции, поведение различных жидкостей охватывают широкий диапазон свойств. Некоторые жидкости текут относительно легко, как вода или масло, в то время как другие, как мед или патока, текут довольно медленно. Некоторые из них скользкие, а некоторые липкие. Откуда взялись эти различные модели поведения?

Когда дело доходит до взаимодействия между различными жидкостями, некоторые желательно хорошо перемешать. Другие, кажется, не смешиваются вообще. Рассмотрим разливы нефти, где нефть плавает в липком, радужном слое на поверхности воды. Вы также можете заметить аналогичное явление в некоторых салатных заправках, которые разделяются на слой масла, который лежит на верхнем слое уксуса. Почему эти жидкости не смешиваются?

Эти разнообразные поведения возникают в первую очередь из различных типов межмолекулярных сил, которые присутствуют в жидкостях.

Поток жидкостей достаточно слаб, чтобы позволить молекулам перемещаться по отношению друг к другу. Межмолекулярные силы являются силами взаимодействия между соседними молекулами. (Это не следует путать с внутримолекулярными силами, такими как ковалентные и ионные связи, которые являются силами, оказываемыми в отдельных молекулах, чтобы держать атомы вместе.) Силы притяжения, когда отрицательный заряд взаимодействует с соседним положительным зарядом и отталкивает, когда соседние заряды одинаковы, как положительные, так и оба отрицательные. В жидкостях, межмолекулярные силы заставляют перемещаться молекулы и позволяют им двигаться мимо друг друга и течь.

Сравним это с твердым состоянием, в котором межмолекулярные силы настолько сильны, что они создают кристаллическую решетку. В то время как молекулы могут вибрировать в твердом веществе, они по существу заперты в жесткой структуре.  На другом конце спектра находятся газы, в которых молекулы настолько далеки друг от друга, что межмолекулярные силы фактически отсутствуют и молекулы полностью самостоятельны и свободны в движении.

Твердые тела не являются жидкими, но  имеют другое важное свойство. Как жидкости, так и твердые вещества находятся в руках сильных межмолекулярных сил и гораздо более плотны, чем газы, что приводит к их описанию как фазы "конденсированной материи", поскольку они оба являются относительно неудержимыми.

Межмолекулярные силы являются притягивающими либо отталкивающими силами между молекулами. Внутримолекулярные силы, однако, играют определенную роль в определении типов межмолекулярных сил, которые могут образовываться. Межмолекулярные силы поступают в различных разновидностях, но общая идея одинакова для всех из них: заряд в пределах одной молекулы взаимодействует с зарядом в другой молекуле. В зависимости от того, какие внутримолекулярные силы, такие как полярные ковалентные связи или неполярные ковалентные связи, присутствуют.

Основная идея заключается в том, что электроны в любой молекуле постоянно движутся вокруг, а иногда, просто случайно, электроны могут в конечном итоге распределены неравномерно, создавая временный частичный отрицательный заряд со стороны молекулы с большим количество электронов. Этот частичный отрицательный заряд уравновешивается частичным положительным зарядом равной величины со стороны молекулы с меньшим количеством электронов, при этом положительный заряд исходит от протонов в ядре.

Если вы когда-либо использовали масло для приготовления пищи или работы на автомобиле, вы знаете, что это красиво и скользко. Это, вероятно, почему вы использовали его: он держит куски жаркого от прилипания друг к другу или к кастрюле, и это помогает поршням двигателя и других движущихся частей легко двигаться, скользить.

Одна из причин такого поведения масла это низкая плотность: жидкие молекулы не взаимодействуют особенно сильно друг с другом, потому что межмолекулярные силы слабы.  Молекулы не взаимодействуют сильно друг с другом, поэтому они могут скользить прямо мимо друг друга.

Из-за высокой плотности воды молекулы образуют сферическую форму, чтобы максимизировать их взаимодействие друг с другом. Эта высокая плотность также создает поверхностное натяжение. Возможно, вы замечали насекомых, гуляющих по воде на открытом пруду, или видели небольшой объект, такой как скрепка, опирающаяся на поверхность воды вместо того, чтобы тонуть; это два примера поверхностного натяжения воды в действии. Поверхностное натяжение является результатом высокой плотности сил некоторых жидкостей. Эти силы достаточно сильны, чтобы поддерживаться, даже когда они испытывают внешние силы, такие как гравитация насекомого, идущего по его поверхности.

Одной из определяющих особенностей жидкостей является их способность течь. Но среди жидкостей существует огромный диапазон в том, как легко это происходит. Рассмотрим легкость, с которой вы можете налить себе стакан воды, по сравнению с относительной проблемой заливки моторного масла в двигатель. Разница заключается в их вязкости, или устойчивость к потоку. Моторное масло довольно вязкое; воды, не так много. Но почему?

Более слабые межмолекулярные силы означают, что молекулы могут легче двигаться мимо друг друга, или течь – следовательно, снизить вязкость.

Если вы когда-либо наливали моторное масло в двигатель, вы знаете, что это довольно вязкая жидкость. Обе жидкости неполярные, и поэтому имеют относительно слабые межмолекулярные силы; разница в размере.

Возвращаясь к нашему первоначальному сравнению моторного масла с водой, даже несмотря на то, что вода имеет такие сильные межмолекулярные силы, гораздо больший размер молекул в моторном масле делает масло более вязким.

Есть еще: температура. Потепление жидкости делает его менее вязким, как вы, возможно, заметили, если вы когда-либо испытывали, насколько легко залить кленовый сироп на блины, когда сироп был нагретым, чем когда холодным. Это происходит потому, что температура влияет на оба фактора, которые определяют вязкость в первую очередь. Во-первых, повышение температуры увеличивает кинетическую энергию молекул, что позволяет им легко преодолевать межмолекулярные силы.

Рассмотрим материал, используемый в жидкокристаллических телевизионных дисплеях и других электронных экранах. LCD означает Liquid-Crystal Display. Это не означает, что на дисплеях используются как жидкости, так и кристаллы; это означает, что они используют материал, который является одновременно и жидким, и кристаллом. Это может звучать как противоречие, но такие материалы существуют.

Список литературы:

1. Айзенцон, А. Е.  Физика: учебник и практикум для вузов / А. Е. Айзенцон. — Москва: Издательство Юрайт, 2020. — 335 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-00487-8. — Текст: электронный // ЭБС Юрайт [сайт]. — URL: http://biblio-online.ru/bcode/450504
2. Физика: учебник и практикум для вузов / В. А. Ильин, Е. Ю. Бахтина, Н. Б. Виноградова, П. И. Самойленко; под редакцией В. А. Ильина. — Москва: Издательство Юрайт, 2020. — 399 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-9916-6343-4. — Текст: электронный // ЭБС Юрайт [сайт]. — URL: http://biblio-online.ru/bcode/450506
3. Кравченко, Н. Ю.  Физика: учебник и практикум для вузов / Н. Ю. Кравченко. — Москва: Издательство Юрайт, 2020. — 300 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-01027-5. — Текст: электронный // ЭБС Юрайт [сайт]. — URL: http://biblio-online.ru/bcode/450821