Na vida cotidiana, encontramos constantemente três estados da matéria - líquido, gasoso e sólido. Temos uma ideia bastante clara do que são sólidos e gases. Um gás é uma coleção de moléculas que se movem aleatoriamente em todas as direções. Todas as moléculas de um corpo sólido mantêm seu arranjo mútuo. Eles apenas oscilam ligeiramente.
Características de uma substância líquida
E o que são substâncias líquidas? Sua principal característica é que, ocupando uma posição intermediária entre cristais e gases, combinam certas propriedades desses dois estados. Por exemplo, para líquidos, bem como para corpos sólidos (cristalinos), a presença de volume é característica. No entanto, ao mesmo tempo, substâncias líquidas, como gases, assumem a forma do recipiente em que estão localizadas. Muitos de nós acreditam que eles não têm sua própria forma. No entanto, não é. A forma natural de qualquer líquido -bola. A gravidade geralmente impede que ele assuma essa forma, de modo que o líquido assume a forma de um recipiente ou se espalha finamente sobre a superfície.
Em termos de suas propriedades, o estado líquido de uma substância é especialmente complexo, devido à sua posição intermediária. Começou a ser estudado desde a época de Arquimedes (2200 anos atrás). No entanto, a análise de como as moléculas de uma substância líquida se comportam ainda é uma das áreas mais difíceis da ciência aplicada. Ainda não existe uma teoria dos líquidos geralmente aceita e completamente completa. No entanto, podemos dizer algo sobre o comportamento deles com certeza.
Comportamento das moléculas em um líquido
Um fluido é algo que pode fluir. A ordem de curto alcance é observada no arranjo de suas partículas. Isso significa que a localização dos vizinhos mais próximos, em relação a qualquer partícula, é ordenada. No entanto, à medida que ela se afasta dos outros, sua posição em relação a eles torna-se cada vez menos ordenada, e então a ordem desaparece completamente. Substâncias líquidas são compostas de moléculas que se movem muito mais livremente do que em sólidos (e ainda mais livremente em gases). Por um certo tempo, cada um deles corre primeiro em uma direção, depois na outra, sem se afastar de seus vizinhos. No entanto, uma molécula líquida sai do ambiente de tempos em tempos. Ela chega a um novo lugar mudando-se para outro lugar. Aqui novamente, por um certo período de tempo, ela faz movimentos oscilantes.
Y. I. Contribuição de Frenkel para o estudo dos líquidos
I. I. Frenkel, um cientista soviético, tem grande mérito no desenvolvimento de uma série deproblemas sobre um tema como substâncias líquidas. A química avançou muito graças às suas descobertas. Ele acreditava que o movimento térmico em líquidos tem o seguinte caráter. Por um certo tempo, cada molécula oscila em torno da posição de equilíbrio. No entanto, ela muda de lugar de tempos em tempos, movendo-se abruptamente para uma nova posição, que é separada da anterior por uma distância que é aproximadamente do tamanho dessa própria molécula. Em outras palavras, dentro do líquido, as moléculas se movem, mas lentamente. Algumas vezes eles ficam perto de certos lugares. Consequentemente, seu movimento é algo como uma mistura de movimentos no gás e no corpo sólido. Flutuações em um lugar depois de um tempo são substituídas por uma transição livre de um lugar para outro.
Pressão no líquido
Algumas propriedades da matéria líquida são conhecidas por nós devido à constante interação com elas. Assim, pela experiência da vida cotidiana, sabemos que ela atua na superfície dos corpos sólidos que entram em contato com ela, com determinadas forças. Elas são chamadas de forças de pressão do fluido.
Por exemplo, ao abrir uma torneira de água com um dedo e abrir a água, sentimos como ela pressiona o dedo. E um nadador que mergulhou a grandes profundidades não sente acidentalmente dor nos ouvidos. É explicado pelo fato de que as forças de pressão atuam no tímpano. A água é uma substância líquida, por isso tem todas as suas propriedades. Para medir a temperatura da água na profundidade do mar, muito fortetermômetros para que não possam ser esmagados pela pressão do fluido.
Esta pressão é devido à compressão, ou seja, uma mudança no volume do líquido. Tem elasticidade em relação a essa mudança. As forças de pressão são as forças de elasticidade. Portanto, se um fluido age sobre corpos em contato com ele, então ele é comprimido. Como a densidade de uma substância aumenta durante a compressão, podemos supor que os líquidos têm elasticidade em relação a uma mudança na densidade.
Evaporação
Continuando a considerar as propriedades de uma substância líquida, passamos à evaporação. Perto de sua superfície, bem como diretamente na camada superficial, atuam forças que garantem a própria existência dessa camada. Eles não permitem que as moléculas nele deixem o volume do líquido. No entanto, devido ao movimento térmico, alguns deles desenvolvem velocidades bastante altas, com a ajuda das quais é possível superar essas forças e deixar o líquido. Chamamos esse fenômeno de evaporação. Pode ser observada em qualquer temperatura do ar, porém, com o seu aumento, a intensidade da evaporação aumenta.
Condensação
Se as moléculas que deixaram o líquido são removidas do espaço próximo à sua superfície, então tudo eventualmente evapora. Se as moléculas que o deixaram não forem removidas, elas formam vapor. As moléculas de vapor que caíram na região próxima à superfície do líquido são atraídas para ele pelas forças de atração. Este processo é chamado de condensação.
Portanto,se as moléculas não forem removidas, a taxa de evaporação diminui com o tempo. Se a densidade do vapor aumentar ainda mais, chega-se a uma situação em que o número de moléculas que saem do líquido em um determinado tempo será igual ao número de moléculas que retornam a ele no mesmo tempo. Isso cria um estado de equilíbrio dinâmico. O vapor nele é chamado de saturado. Sua pressão e densidade aumentam com o aumento da temperatura. Quanto maior for, maior o número de moléculas do líquido tem energia suficiente para a evaporação e maior deve ser a densidade do vapor para que a condensação seja igual à evaporação.
Ebulição
Quando, no processo de aquecimento de substâncias líquidas, é atingida uma temperatura na qual os vapores saturados têm a mesma pressão que o ambiente externo, estabelece-se um equilíbrio entre vapor saturado e líquido. Se o líquido transmitir uma quantidade adicional de calor, a massa correspondente de líquido é imediatamente convertida em vapor. Este processo é chamado de fervura.
Ebulição é a intensa evaporação de um líquido. Ocorre não apenas a partir da superfície, mas diz respeito a todo o seu volume. Bolhas de vapor aparecem dentro do líquido. Para se transformar em vapor a partir de um líquido, as moléculas precisam adquirir energia. É necessário vencer as forças atrativas que os mantêm no líquido.
Ponto de ebulição
O ponto de ebulição é aquele em quehá uma igualdade de duas pressões - vapores externos e saturados. Ela aumenta à medida que a pressão aumenta e diminui à medida que a pressão diminui. Devido ao fato de que a pressão no líquido muda com a altura da coluna, a ebulição ocorre em diferentes níveis em diferentes temperaturas. Apenas o vapor saturado, que está acima da superfície do líquido durante o processo de ebulição, tem uma certa temperatura. É determinado apenas pela pressão externa. É isso que queremos dizer quando falamos sobre o ponto de ebulição. Difere para diferentes líquidos, que são amplamente utilizados na engenharia, em particular, na destilação de produtos petrolíferos.
Calor latente de vaporização é a quantidade de calor necessária para transformar uma quantidade de líquido definida isotermicamente em vapor se a pressão externa for igual à pressão de vapor saturado.
Propriedades dos filmes líquidos
Todos nós sabemos como obter espuma dissolvendo sabão em água. Isso não passa de muitas bolhas, que são limitadas pelo filme mais fino que consiste em líquido. No entanto, uma película separada também pode ser obtida a partir do líquido espumante. Suas propriedades são muito interessantes. Esses filmes podem ser muito finos: sua espessura nas partes mais finas não excede um centésimo de milésimo de milímetro. No entanto, eles às vezes são muito estáveis, apesar disso. A película de sabão pode sofrer deformação e estiramento, um jato de água pode passar por ela sem destruí-la. Como explicar tal estabilidade? Para que um filme apareça, é necessário adicionar substâncias que se dissolvem nele a um líquido puro. Mas não qualquer, mas tal,que reduzem significativamente a tensão superficial.
Filmes líquidos na natureza e tecnologia
Na tecnologia e na natureza, nos encontramos principalmente não com filmes individuais, mas com espuma, que é a combinação deles. Muitas vezes pode ser observado em riachos, onde pequenos riachos caem em águas calmas. A capacidade da água de espumar, neste caso, está associada à presença de matéria orgânica, que é secretada pelas raízes das plantas. Este é um exemplo de como as substâncias líquidas naturais espumam. Mas e a tecnologia? Durante a construção, por exemplo, são usados materiais especiais que possuem uma estrutura celular semelhante à espuma. Eles são leves, baratos, fortes o suficiente, conduzem mal o som e o calor. Para obtê-los, agentes espumantes são adicionados a soluções especiais.
Conclusão
Então, aprendemos quais substâncias são líquidas, descobrimos que o líquido é um estado intermediário da matéria entre gasoso e sólido. Portanto, possui propriedades características de ambos. Cristais líquidos, que são amplamente utilizados hoje em tecnologia e indústria (por exemplo, telas de cristal líquido) são um excelente exemplo desse estado da matéria. Eles combinam as propriedades de sólidos e líquidos. É difícil imaginar quais substâncias líquidas a ciência inventará no futuro. No entanto, é claro que há um grande potencial neste estado da matéria que pode ser usado em benefício da humanidade.
Interesse especial na consideração de processos físicos e químicos que ocorremem estado líquido, devido ao fato de que a própria pessoa consiste em 90% de água, que é o líquido mais comum na Terra. É nele que todos os processos vitais ocorrem tanto no mundo vegetal quanto no animal. Portanto, é importante para todos nós estudarmos o estado líquido da matéria.
