V vsakdanjem življenju se nenehno srečujemo s tremi agregatnimi stanji - tekočim, plinastim in trdnim. Imamo dokaj jasno predstavo o tem, kaj so trdne snovi in plini. Plin je zbirka molekul, ki se naključno premikajo v vse smeri. Vse molekule trdnega telesa ohranjajo medsebojno razporeditev. Le rahlo nihajo.
Lastnosti tekoče snovi
In kaj so tekoče snovi? Njihova glavna značilnost je, da zasedajo vmesni položaj med kristali in plini, združujejo določene lastnosti teh dveh stanj. Na primer, za tekočine, pa tudi za trdna (kristalna) telesa je značilna prisotnost volumna. Vendar pa hkrati tekoče snovi, kot so plini, prevzamejo obliko posode, v kateri se nahajajo. Mnogi od nas verjamejo, da nimajo svoje oblike. Vendar pa ni. Naravna oblika katere koli tekočine -žogo. Gravitacija ji običajno prepreči, da bi prevzel to obliko, tako da tekočina prevzame obliko posode ali pa se tanko razširi po površini.
Po svojih lastnostih je tekoče stanje snovi zaradi vmesnega položaja posebej zapleteno. Začeli so ga preučevati že od Arhimedovih časov (pred 2200 leti). Vendar pa je analiza obnašanja molekul tekoče snovi še vedno eno najtežjih področij uporabne znanosti. Še vedno ni splošno sprejete in popolnoma popolne teorije tekočin. Vendar pa lahko o njihovem vedenju nekaj rečemo povsem zagotovo.
Vedenje molekul v tekočini
Tekočina je nekaj, kar lahko teče. V razporeditvi njegovih delcev opazimo red kratkega dosega. To pomeni, da je lokacija najbližjih sosedov glede na kateri koli delec urejena. Ko pa se odmika od drugih, postaja njen položaj v odnosu do njih vse manj urejen, nato pa red povsem izgine. Tekoče snovi so sestavljene iz molekul, ki se gibljejo veliko bolj svobodno kot v trdnih snoveh (in še bolj svobodno v plinih). Za določen čas vsak od njih hiti najprej v eno smer, nato v drugo, ne da bi se oddaljil od sosedov. Vendar pa molekula tekočine občasno izstopi iz okolja. Na nov kraj pride tako, da se preseli v drug kraj. Tu spet nekaj časa dela nihajoče gibe.
Y. I. Frenkelov prispevek k preučevanju tekočin
I. I. Frenkel, sovjetski znanstvenik, ima velike zasluge pri razvoju številnihtežave na temo, kot so tekoče snovi. Kemija je zaradi njegovih odkritij močno napredovala. Verjel je, da ima toplotno gibanje v tekočinah naslednji značaj. Za določen čas vsaka molekula niha okoli ravnotežnega položaja. Vendar pa občasno spremeni svoje mesto in se nenadoma premakne v nov položaj, ki ga od prejšnjega loči razdalja, ki je približno enaka velikosti same te molekule. Z drugimi besedami, znotraj tekočine se molekule premikajo, vendar počasi. Nekaj časa ostanejo v bližini določenih krajev. Posledično je njihovo gibanje nekaj podobnega mešanici gibanj v plinu in v trdnem telesu. Nihanja na enem mestu se čez nekaj časa nadomestijo s prostim prehodom iz kraja v kraj.
tlak v tekočini
Nekatere lastnosti tekočih snovi so nam znane zaradi stalne interakcije z njimi. Torej iz izkušenj vsakdanjega življenja vemo, da na površino trdnih teles, ki pridejo v stik z njim, deluje z določenimi silami. Imenujejo se sile tlaka tekočin.
Na primer, ko s prstom odpremo pipo za vodo in odpremo vodo, začutimo, kako pritiska na prst. In plavalec, ki se je potopil v velike globine, ne doživi po naključju bolečine v ušesih. To je razloženo z dejstvom, da na bobnič delujejo tlačne sile. Voda je tekoča snov, zato ima vse svoje lastnosti. Za merjenje temperature vode v globini morja, zelo močnatermometri, da jih ni mogoče zmečkati pod pritiskom tekočine.
Ta tlak je posledica stiskanja, to je spremembe prostornine tekočine. V zvezi s to spremembo ima elastičnost. Sile tlaka so sile elastičnosti. Torej, če tekočina deluje na telesa, ki so v stiku z njo, potem se stisne. Ker se gostota snovi med stiskanjem poveča, lahko domnevamo, da imajo tekočine elastičnost glede na spremembo gostote.
Izhlapevanje
Še naprej obravnavamo lastnosti tekoče snovi, se obrnemo na izhlapevanje. V bližini njegove površine, pa tudi neposredno v površinski plasti, delujejo sile, ki zagotavljajo sam obstoj te plasti. Ne dovolijo, da bi molekule v njej zapustile prostornino tekočine. Vendar pa nekateri zaradi toplotnega gibanja razvijejo precej visoke hitrosti, s pomočjo katerih je mogoče premagati te sile in zapustiti tekočino. Temu pojavu pravimo izhlapevanje. Opazimo jo lahko pri kateri koli temperaturi zraka, vendar se z njenim dvigom intenzivnost izhlapevanja poveča.
kondenz
Če molekule, ki so zapustile tekočino, odstranimo iz prostora blizu njene površine, potem vse sčasoma izhlapi. Če se molekule, ki so ga zapustile, ne odstranijo, tvorijo paro. Molekule hlapov, ki so padle v območje blizu površine tekočine, vanj potegnejo sile privlačnosti. Ta proces se imenuje kondenzacija.
Zato,če se molekule ne odstranijo, se hitrost izhlapevanja sčasoma zmanjša. Če se gostota hlapov še poveča, pride do situacije, v kateri bo število molekul, ki zapustijo tekočino v določenem času, enako številu molekul, ki se v istem času vrnejo vanjo. To ustvarja stanje dinamičnega ravnovesja. Para v njej se imenuje nasičena. Njegov tlak in gostota se povečujeta z naraščajočo temperaturo. Višja kot je, večje je število tekočih molekul, ki ima dovolj energije za izhlapevanje in večja mora biti gostota hlapov, da je kondenzacija enaka izhlapevanju.
Vrenje
Ko se pri segrevanju tekočih snovi doseže temperatura, pri kateri imajo nasičene pare enak tlak kot zunanje okolje, se vzpostavi ravnotežje med nasičeno paro in tekočino. Če tekočina odda dodatno količino toplote, se ustrezna masa tekočine takoj pretvori v paro. Ta proces se imenuje vrenje.
Vretje je intenzivno izhlapevanje tekočine. Pojavlja se ne samo s površine, ampak se nanaša na celoten volumen. V notranjosti tekočine se pojavijo parni mehurčki. Da bi iz tekočine prešle v paro, morajo molekule pridobiti energijo. Potreben je za premagovanje privlačnih sil, ki jih držijo v tekočini.
Vrelišče
Vrelišče je tisto, pri kateremobstaja enakost dveh tlakov - zunanjih in nasičenih hlapov. Poveča se, ko se tlak poveča, in zmanjša, ko se tlak zmanjša. Zaradi dejstva, da se tlak v tekočini spreminja z višino kolone, se vrenje v njej pojavlja na različnih ravneh pri različnih temperaturah. Določeno temperaturo ima le nasičena para, ki je med vrenjem nad površino tekočine. Določa ga le zunanji pritisk. To mislimo, ko govorimo o vrelišču. Razlikuje se za različne tekočine, kar se pogosto uporablja v inženirstvu, zlasti pri destilaciji naftnih derivatov.
Latentna toplota izhlapevanja je količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo izotermično določene količine tekočine v paro, če je zunanji tlak enak tlaku nasičene pare.
Lastnosti tekočih filmov
Vsi vemo, kako dobiti peno z raztapljanjem mila v vodi. To ni nič drugega kot veliko mehurčkov, ki jih omejuje najtanjši film, sestavljen iz tekočine. Vendar pa lahko iz peneče tekočine dobimo tudi ločen film. Njegove lastnosti so zelo zanimive. Ti filmi so lahko zelo tanki: njihova debelina v najtanjših delih ne presega stotisočinke milimetra. Vendar so včasih kljub temu zelo stabilni. Milni film je lahko izpostavljen deformaciji in raztezanju, vodni curek lahko prehaja skozi njega, ne da bi ga uničil. Kako razložiti takšno stabilnost? Da se film pojavi, je treba v čisto tekočino dodati snovi, ki se v njem raztopijo. Ampak ne kateri koli, ampak takšen,ki bistveno znižuje površinsko napetost.
Tekoči filmi v naravi in tehnologiji
V tehnologiji in naravi se ne srečujemo predvsem s posameznimi filmi, temveč s peno, ki je njihova kombinacija. Pogosto ga lahko opazimo v potokih, kjer majhni potoki padajo v mirno vodo. Sposobnost vode, da se peni v tem primeru, je povezana s prisotnostjo organske snovi v njej, ki jo izločajo korenine rastlin. To je primer, kako se naravne tekoče snovi penijo. Kaj pa tehnologija? Med gradnjo se na primer uporabljajo posebni materiali, ki imajo celično strukturo, ki spominja na peno. So lahki, poceni, dovolj močni, slabo prevajajo zvok in toploto. Za njihovo pridobivanje se posebnim raztopinam dodajo penila.
Sklep
Torej smo se naučili, katere snovi so tekoče, ugotovili, da je tekočina vmesno stanje snovi med plinastim in trdnim. Zato ima lastnosti, značilne za oba. Tekoči kristali, ki se danes pogosto uporabljajo v tehnologiji in industriji (na primer zasloni s tekočimi kristali), so odličen primer tega stanja snovi. Združujejo lastnosti trdnih snovi in tekočin. Težko si je predstavljati, kakšne tekoče snovi bo znanost izumila v prihodnosti. Vendar je jasno, da je v tem stanju snovi velik potencial, ki ga je mogoče uporabiti v dobro človeštva.
Posebno zanimanje za obravnavo fizikalnih in kemičnih procesov, ki se pojavljajov tekočem stanju, zaradi dejstva, da je človek sam sestavljen iz 90% vode, ki je najpogostejša tekočina na Zemlji. V njej potekajo vsi vitalni procesi tako v rastlinskem kot v živalskem svetu. Zato je za vse nas pomembno, da preučimo tekoče stanje snovi.
