Az anyagok összesített állapota. Szilárd és folyékony testek

Gyökér n-edik fokozat, tulajdonságait.

Az a szám n-edik fokának számtani gyöke nemnegatív szám, n-edik fokozat amely egyenlő a.

Az a szám n-edik fokának számtani gyökét jelöljük

ahol n- gyökérkitevő,

a egy radikális kifejezés.

A jelet radikálisnak is nevezik.

A második fok számtani gyökét négyzetgyöknek nevezzük, és √-val jelöljük, a harmadik fok számtani gyökét köbgyöknek o jelöljük.

Például:

a) és 2≥0;

b) és 3>0;

v)

Az aritmetika definíciójából gyökér n-edik fokozatból következik, hogy páros n esetén a gyök kifejezésnek nullánál nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie, ami azt jelenti, hogy egy ilyen gyök értéke is nem negatív, például: a 4. fokú számtani gyöke a -81 számból nem létezik, mivel a negyedik hatványban egyetlen szám sem adna -81-et (ha be van állítva páros fokozat a kifejezés értéke mindig nem negatív).

A gyök páratlan kitevőjével a gyök kifejezés lehet negatív, majd a mínusz a ló előjelén kívülre helyezhető.

Például:

x n = a egyenlet.

Az x n = és páratlan n egyenletnek egyedi megoldása van x =.

Például: x 3 = -125;

x = ;

x = - ;

Az egyértelműség kedvéért nézzük meg:

125 = -125- helyes.

Válasz: x = -5.

Az x n = a egyenletnek páros n-re van, a pozitív a-nak pedig két gyöke

Például:

x 1 =; x 2 = -;

x 1 = 2; x 2 = -2.

Megbizonyosodhat arról, hogy 2 4 = 16 és (-2) 4 = 16.

Válasz: ± 2.

Néha ilyen tulajdonságot kell alkalmazni számtani gyök n-edik fokozat:

x ha n páros;

x ha n páratlan.

x, ha x≥0;

Emlékezzünk vissza, hogy | x | = -x, ha x<0.

Például:

.

Mivel <0, следовательно

A gyökerek alapvető tulajdonságai.

Az n-edik fok számtani gyökére, valamint a négyzetgyökre vannak olyan műveletek, amikor a gyök jele alá tegyünk egy faktort, és távolítsuk el a faktort a gyök jele alól.

Például:

A példából látható, hogy az n-edik hatvány gyökének jele alatti faktor bevezetéséhez szükség van

emelje az n-edik hatványra. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a páros kitevővel rendelkező jel alatt csak pozitív tényezőt van jogunk bevezetni, például:

Hasonlóképpen a szorzót eltávolítjuk a gyökérjelből, például:

az n-edik tag képletével an: a n = a 1 + d (n - 1)

az rp n-edik tagjának képletével:

Függvények y = kx (ahol k bármely természetes szám). Közvetlen arányosság, a grafikon egyenes.
Tulajdonságok:
domain - R
tartomány - R
páratlan
k> 0 esetén a függvény növekszik, k esetén<0 –убывает

Másodfokú gyök (képlet)

Egyenletgyökök fejsze 2 + bx + c = 0 (a¹ 0) a képlet alapján található ... Kifejezés D = b 2 – 4ac a másodfokú egyenlet diszkriminánsának nevezzük. Egy másodfokú egyenletnek akkor és csak akkor van valódi gyöke (vagy gyöke), ha a diszkriminánsa nem negatív. Ha, akkor alkalmazhatja a képletet .

ha csak egyenletek, nem rendszerek, akkor az algoritmus egyszerű: 1. ismeretlenek balra, összeadjuk az együtthatókat; számokat jobbra, össze is adjuk (az előjelet természetesen figyelembe véve) 2. a jobb oldalt elosztjuk az együtthatóval, ha a 2 ismeretlen ha együttható = 0 és a jobb oldalon 0 - bármely szám megoldása az egyenletre, ha az együttható = 0 és a jobb oldalon nem 0 - az egyenletnek nincs megoldása

Ebben a részben megvizsgáljuk aggregált állapotok, amelyben a környező anyag található, és az anyagrészecskék közötti kölcsönhatási erők, amelyek az egyes halmazállapotokban rejlenek.

1. Szilárd állapot,

2. Folyékony halmazállapotés

3. Gáznemű állapot.

Az aggregáció negyedik állapotát gyakran megkülönböztetik - vérplazma.

Néha a plazmaállapotot gáznemű állapotnak tekintik.

Plazma – részben vagy teljesen ionizált gáz, leggyakrabban magas hőmérsékleten létezik.

Vérplazma az anyag legelterjedtebb állapota a világegyetemben, mivel a csillagok anyaga ebben az állapotban van.

Mindenkinek aggregált állapot az anyag részecskéi közötti kölcsönhatás jellegének jellegzetes jellemzői, amelyek befolyásolják annak fizikai és kémiai tulajdonságait.

Minden anyag különböző halmazállapotú lehet. Megfelelően alacsony hőmérsékleten minden anyag benne van szilárd állapot... De ahogy felmelegednek, válnak folyadékok, azután gázok... További melegítés hatására ionizálódnak (az atomok elveszítik az elektronjaik egy részét), és átmennek az állapotba vérplazma.

Gáz

Gáznemű állapot(a holland.gas-ból az ógörögig nyúlik vissza. Χάος ) nagyon gyenge kötések jellemzik az alkotó részecskéi között.

A gázt alkotó molekulák vagy atomok kaotikusan mozognak, és az idő nagy részében (méretükhöz képest) nagy távolságra vannak egymástól. Ebből kifolyólag a gázrészecskék közötti kölcsönhatási erők elhanyagolhatóak.

A gáz fő jellemzője az, hogy kitölti az összes rendelkezésre álló teret anélkül, hogy felületet alkotna. A gázok mindig keverednek. A gáz izotróp anyag, azaz tulajdonságai függetlenek az iránytól.

Gravitációs erők hiányában nyomás a gáz minden pontján ugyanaz. A gravitációs erők területén a sűrűség és a nyomás nem minden ponton azonos, a magassággal csökken. Ennek megfelelően a gravitációs térben a gázelegy inhomogénné válik. Nehéz gázok hajlamosak lejjebb és jobban süllyedni tüdő- felmenni.

A gáz nagy összenyomhatósággal rendelkezik- növekvő nyomással a sűrűsége nő. Amikor a hőmérséklet emelkedik, kitágulnak.

Összenyomva a gáz folyadékká alakulhat, de a kondenzáció nem bármely hőmérsékleten, hanem a kritikus hőmérséklet alatti hőmérsékleten történik. A kritikus hőmérséklet egy adott gáz jellemzője, és a molekulái közötti kölcsönhatási erőktől függ. Tehát például gáz hélium csak alatta hőmérsékleten cseppfolyósítható 4,2K.

Vannak gázok, amelyek lehűtve szilárd halmazállapotba kerülnek, megkerülve a folyékony fázist. A folyadék gázzá való átalakulását párolgásnak nevezzük, a szilárd anyag gázzá való közvetlen átalakulását pedig szublimáció.

Szilárd

Szilárd állapotösszevetve más aggregációs állapotokkal formastabilitás jellemzi.

Megkülönböztetni kristályosés amorf szilárd anyagok.

Az anyag kristályos állapota

A szilárd anyagok alakjának stabilitása annak köszönhető, hogy a szilárd halmazállapotúak többsége rendelkezik kristályos szerkezet.

Ebben az esetben az anyag részecskéi közötti távolság kicsi, és a köztük lévő kölcsönhatási erők nagyok, ami meghatározza a forma stabilitását.

Sok szilárd anyag kristályos szerkezetéről könnyű meggyőződni, ha szétosztunk egy anyagdarabot, és megvizsgáljuk a keletkező törést. Általában egy törésen (például cukorban, kénben, fémekben stb.) jól láthatóak a különböző szögekben elhelyezkedő kis kristálylapok, amelyek a fény eltérő visszaverődése miatt csillognak.

Azokban az esetekben, amikor a kristályok nagyon kicsik, egy anyag kristályszerkezetét mikroszkóppal lehet megállapítani.

Kristály formák

Mindegyik anyag képződik kristályok teljesen határozott alakú.

A kristályformák sokfélesége hét csoportba foglalható:

1. Triclinnaya(paralelepipedon),

2.Monoklinika(prizma paralelogrammával az alján),

3. Rombikus(téglalap alakú paralelepipedon),

4. Négyszögű(téglalap alakú paralelepipedon, az alján négyzet),

5. Trigonális,

6. Hatszögletű(prizma a megfelelő alappal középre igazítva
hatszög),

7. Kocka alakú(kocka).

Sok anyag, különösen vas, réz, gyémánt, nátrium-klorid kristályosodik benne köbös rendszer... Ennek a rendszernek a legegyszerűbb formái kocka, oktaéder, tetraéder.

Magnézium, cink, jég, kvarc kristályosodik benne hatszögletű rendszer... Ennek a rendszernek a fő formái: hatszögű prizmák és bipiramisok.

A természetes kristályok, valamint a mesterséges úton előállított kristályok ritkán felelnek meg pontosan az elméleti formáknak. Általában, amikor az olvadt anyag megszilárdul, a kristályok összenőnek, és ezért mindegyik alakja nem teljesen megfelelő.

Mindazonáltal bármilyen egyenetlenül fejlődik is a kristály, bármilyen torz is az alakja, a szögek, amelyeknél a kristálylapok konvergálnak ugyanazon anyag esetében, állandóak maradnak.

Anizotrópia

A kristálytestek jellemzői nem korlátozódnak csak a kristályok alakjára. Bár a kristályban lévő anyag teljesen homogén, számos fizikai tulajdonsága – szilárdsága, hővezető képessége, fényhez való viszonya stb. – nem mindig azonos a kristályon belül különböző irányokban. A kristályos anyagoknak ezt a fontos tulajdonságát ún anizotrópia.

A kristályok belső szerkezete. Kristályos rácsok.

A kristály külső alakja a belső szerkezetét tükrözi, és a kristályt alkotó részecskék - molekulák, atomok vagy ionok - helyes elrendezésének köszönhető.

Ez az elrendezés a következőképpen ábrázolható kristályrács- metsző egyenesek által kialakított rácsos keret. A vonalak metszéspontjainál - rácscsomópontok- a részecskék középpontjai fekszenek.

A kristályrács csomópontjain található részecskék természetétől és attól függően, hogy egy adott kristályban milyen kölcsönhatási erők érvényesülnek, a következő típusokat különböztetjük meg: kristályrácsok:

1.molekuláris,

2.atomi,

3.ionosés

4.fém.

A molekuláris és atomi rácsok a kovalens kötéssel rendelkező anyagokban, az ionos-ionos vegyületekben, a fém-fémekben és ezek ötvözeteiben rejlenek.

Atom kristályrácsok

Az atomok az atomrácsok csomópontjaiban vannak... Rokonságban állnak egymással kovalens kötés.

Viszonylag kevés az atomrácsos anyag. Ezek tartalmazzák gyémánt, szilíciumés néhány szervetlen vegyület.

Ezeket az anyagokat nagy keménység jellemzi, tűzállóak és szinte bármilyen oldószerben nem oldódnak. Ezek a tulajdonságok az erősségüknek köszönhetőek kovalens kötés.

Molekuláris kristályrácsok

A molekulák a molekularácsok helyén helyezkednek el... Rokonságban állnak egymással intermolekuláris erők.

Nagyon sok molekularácsos anyag van. Ezek tartalmazzák nem fémek, a szén és a szilícium kivételével minden szerves vegyületek nem ionos kommunikációval és sok szervetlen vegyület.

Az intermolekuláris kölcsönhatás erői sokkal gyengébbek, mint a kovalens kötések erői, ezért a molekulakristályok alacsony keménységűek, olvadóak és illékonyak.

Ionos kristályrácsok

Az ionrácsok helyein pozitív és negatív töltésű ionok váltakozva helyezkednek el.... Erők kötik őket egymáshoz elektrosztatikus vonzás.

Az ionos kötésekkel rendelkező, ionrácsokat alkotó vegyületek közé tartoznak a legtöbb só és kevés oxid.

Erővel ionrácsok alacsonyabb, mint az atomi, de meghaladja a molekulárist.

Az ionos vegyületek viszonylag magas olvadásponttal rendelkeznek. A legtöbb esetben a volatilitásuk nem nagy.

Fém kristályrácsok

A fémrácsok helyén fématomok találhatók, amelyek között az ezekben az atomokban közös elektronok szabadon mozognak.

A szabad elektronok jelenléte a fémek kristályrácsaiban megmagyarázhatja a fémek számos tulajdonságát: plaszticitás, alakíthatóság, fémes csillogás, magas elektromos és hővezető képesség

Vannak olyan anyagok, amelyek kristályaiban a részecskék közötti kétféle kölcsönhatás jelentős szerepet játszik. Tehát a grafitban a szénatomok azonos irányban kapcsolódnak egymáshoz. kovalens kötésés másokban - fém... Ezért a grafitrácsot úgy tekinthetjük atom, És hogyan fém.

Számos szervetlen vegyületben pl BeO, ZnS, CuCl, a rácscsomópontokon elhelyezkedő részecskék közötti kapcsolat részben iónés részben kovalens... Ezért az ilyen vegyületek rácsai köztesnek tekinthetők iónés atom.

Az anyag amorf állapota

Amorf anyagok tulajdonságai

A szilárd anyagok között vannak olyanok, amelyek repedésénél nem találhatók kristályok jelei. Például, ha megreped egy darab közönséges üveget, akkor annak törése sima lesz, és a kristálytörésekkel ellentétben nem lapos, hanem ovális felületekre korlátozódik.

Hasonló minta figyelhető meg a gyanta-, ragasztó- és más anyagok darabjainak felhasadásakor. Az anyagnak ezt az állapotát ún amorf.

Közötti különbségek kristályosés amorf testek különösen hangsúlyos a fűtéshez való hozzáállásukban.

Míg az egyes anyagok kristályai egy szigorúan meghatározott hőmérsékleten megolvadnak, és ugyanazon a hőmérsékleten folyékony halmazállapotból szilárd állapotba megy át, az amorf testeknek nincs állandó olvadáspontjuk... Melegítéskor az amorf test fokozatosan meglágyul, szétterül, végül teljesen folyékony lesz. Ha kihűlt, akkor is fokozatosan megkeményedik.

A meghatározott olvadáspont hiánya miatt az amorf testek eltérő képességgel rendelkeznek: sok közülük folyadékként folyik, azaz viszonylag kis erők hosszan tartó fellépésével fokozatosan megváltoztatják alakjukat. Például egy lapos felületre fektetett gyantadarab hetekig terjed egy meleg szobában, és korong alakú.

Az amorf anyagok szerkezete

Közötti különbségek kristályos és amorf az anyag halmazállapota a következő.

A részecskék rendezett elrendezése egy kristályban az egységcella által visszavert kristályok nagy felületén megmaradnak, és jól formált kristályok esetén - teljes egészében.

Az amorf testekben csak a részecskék elrendezésének sorrendjét figyeljük meg nagyon kis területeken... Ráadásul számos amorf testben ez a helyi sorrend is csak hozzávetőleges.

Ez a megkülönböztetés a következőképpen foglalható össze:

• kristályszerkezetre a hosszú távú rend jellemző,
• az amorf testek szerkezete - a szomszédokhoz.

Példák amorf anyagokra.

A stabil amorf anyagok közé tartozik üveg(mesterséges és vulkáni), természetes és mesterséges gyanták, ragasztók, paraffin, viasz satöbbi.

Átmenet amorf állapotból kristályos állapotba.

Egyes anyagok kristályos és amorf állapotban is lehetnek. Szilícium-dioxid SiO 2 természetesen jól képzettként fordul elő kvarckristályok, valamint amorf állapotban ( ásványi kovakő).

Ahol a kristályos állapot mindig stabilabb... Ezért a kristályos anyagból az amorfba való spontán átmenet lehetetlen, és a fordított átalakulás - az amorf állapotból a kristályos állapotba való spontán átmenet - lehetséges és néha megfigyelhető.

Ilyen átalakításra példa az devitrifikáció- az üveg spontán kristályosodása megemelt hőmérsékleten, amely tönkremenetelével jár.

Amorf állapot sok anyagot kapnak a folyékony olvadék nagyfokú megszilárdulása (hűtése) mellett.

Fémekhez és ötvözetekhez amorf állapotáltalában akkor keletkezik, ha az olvadékot tízezredmásodperc töredékes nagyságrendű idő alatt lehűtik. Üvegnél sokkal kisebb hűtési sebesség is elegendő.

Kvarc (SiO 2) is alacsony a kristályosodási sebessége. Ezért a belőle öntött termékek amorfok. A természetes kvarc azonban, amelynek a földkéreg vagy a vulkánok mélyrétegeinek lehűlése során több száz és ezer év alatt kristályosodott ki, durva-kristályos szerkezetű, ellentétben a vulkáni üveggel, amely a felszínre fagyott, ezért amorf.

Folyadékok

A folyadék egy közbenső állapot a szilárd és a gáz között.

Folyékony halmazállapot a gázhalmazállapotú és a kristályos halmazállapotú köztitermék. Egyes tulajdonságok szerint a folyadékok közel vannak gázok, másokon - to szilárd anyagok.

A gázokkal a folyadékokat mindenekelőtt az hozza össze izotrópiaés folyékonyság... Ez utóbbi határozza meg a folyadék azon képességét, hogy könnyen változtassa alakját.

de nagy sűrűségűés alacsony összenyomhatóság a folyadékok közelebb hozzák őket szilárd anyagok.

A folyadékok azon képessége, hogy könnyen megváltoztatják alakjukat, azt jelzi, hogy nincsenek bennük az intermolekuláris kölcsönhatás merev erői.

Ugyanakkor a folyadékok alacsony összenyomhatósága, amely meghatározza az állandó térfogat egy adott hőmérsékleten tartásának képességét, a részecskék közötti, bár nem merev, de jelentős kölcsönhatási erők jelenlétét jelzi.

A potenciális és a mozgási energia aránya.

Minden aggregációs állapotot az anyagrészecskék potenciális és kinetikus energiái közötti saját arány jellemzi.

Szilárd testekben a részecskék átlagos potenciális energiája nagyobb, mint az átlagos kinetikus energiájuk. Ezért a szilárd anyagokban a részecskék bizonyos pozíciókat foglalnak el egymáshoz képest, és csak ezekhez a pozíciókhoz képest rezegnek.

Gázoknál az energiaarány fordított, aminek következtében a gázmolekulák mindig kaotikus mozgásállapotban vannak, és gyakorlatilag hiányoznak a molekulák közötti adhéziós erők, így a gáz mindig a teljes számára biztosított térfogatot elfoglalja.

Folyadékok esetében a részecskék kinetikai és potenciális energiája megközelítőleg azonos, azaz A részecskék kapcsolódnak egymáshoz, de nem mereven. Ezért a folyadékok folyékonyak, de egy adott hőmérsékleten állandó térfogatúak.

A folyadékok és az amorf testek szerkezete hasonló.

A szerkezeti elemzés módszereinek folyadékokra történő alkalmazása eredményeként megállapították, hogy a szerkezet a folyadékok olyanok, mint az amorf testek... A legtöbb folyadéknak van zárja a rendet- az egyes molekulák legközelebbi szomszédjainak száma és relatív helyzetük a folyadék teljes térfogatában megközelítőleg azonos.

A részecskék rendezettségi foka különböző folyadékoknál eltérő. Ráadásul a hőmérséklettel változik.

Alacsony, az adott anyag olvadáspontját kissé meghaladó hőmérsékleten az adott folyadék részecskéinek rendezettségi foka magas.

A hőmérséklet emelkedésével csökken és ahogy felmelegszik, a folyadék tulajdonságai egyre jobban közelítenek a gázokéhoz... A kritikus hőmérséklet elérésekor megszűnik a különbség a folyadék és a gáz között.

A folyadékok és az amorf testek belső szerkezetének hasonlósága miatt ez utóbbiakat gyakran nagyon magas viszkozitású folyadékoknak tekintik, és csak a kristályos állapotú anyagokat nevezik szilárd anyagnak.

Hasonlítással amorf testek folyadékok esetében azonban nem szabad megfeledkezni arról, hogy az amorf testekben a közönséges folyadékokkal ellentétben a részecskék mobilitása jelentéktelen - ugyanaz, mint a kristályokban.

Hőmérséklettől és nyomástól függően bármely anyag képes különféle aggregációs állapotokat felvenni. Minden ilyen állapotot bizonyos minőségi tulajdonságok jellemeznek, amelyek változatlanok maradnak az adott aggregációs állapothoz szükséges hőmérsékleten és nyomáson belül.

Az aggregált állapotok jellemző tulajdonságai közé tartozik például egy szilárd halmazállapotú test azon képessége, hogy megőrizze alakját, vagy fordítva - a folyékony testnek az alakja megváltoztatásának képessége. Néha azonban a határok a különböző halmazállapotok között meglehetősen elmosódnak, mint például a folyadékkristályok vagy az úgynevezett "amorf testek" esetében, amelyek lehetnek rugalmasak, mint a szilárd anyagok, és a folyékonyak, mint a folyadékok.

Az aggregált állapotok közötti átmenet szabadenergia felszabadulásával, a sűrűség, az entrópia vagy más fizikai mennyiségek megváltozásával történhet. Az egyik halmozódási állapotból a másikba való átmenetet fázisátalakulásnak, az ilyen átmeneteket kísérő jelenségeket pedig kritikus jelenségeknek nevezzük.

Az ismert összesített állapotok listája

Szilárd
	Szilárd anyagok, atomok vagy molekulák, amelyek nem alkotnak kristályrácsot.
	Szilárd anyagok, atomok vagy molekulák, amelyek kristályrácsot alkotnak.
Mezofázis
	A folyadékkristály olyan fázisállapot, amelyben egy anyag egyszerre rendelkezik a folyadékok és a kristályok tulajdonságaival.
Folyékony
	Az anyag állapota az olvadáspont feletti és a forráspont alatti hőmérsékleten.
	Folyadék, amelynek hőmérséklete magasabb, mint a forráspontja.
	Olyan folyadék, amelynek hőmérséklete alacsonyabb, mint a kristályosodási hőmérséklet.
	A folyékony anyag negatív nyomás alatti állapota, amelyet a van der Waals-erők (molekulák közötti vonzási erők) okoznak.
	A folyadék állapota a kritikus pont feletti hőmérsékleten.
	Folyadék, amelynek tulajdonságait kvantumhatások befolyásolják.
		Egy anyag állapota, amely nagyon gyenge kötésekkel rendelkezik a molekulák vagy atomok között. Ellentmond az ideális gáz matematikai leírásának.
	Olyan gáz, amelynek tulajdonságait kvantumhatások befolyásolják.
		Aggregált állapot, amelyet egyedi töltött részecskék halmaza képvisel, amelyek teljes töltése a rendszer bármely térfogatában nulla.
	Az anyag állapota, amelyben gluonok, kvarkok és antikvarkok gyűjteménye.
	Rövid távú állapot, amely során gluon erőterek húzódnak a magok közé. Megelőzi a kvark-gluon plazma.
Kvantumgáz
	Fermionokból álló gáz, amelynek tulajdonságait kvantumhatások befolyásolják.
	Bozonokból álló gáz, amelynek tulajdonságait kvantumhatások befolyásolják.

Összesített állapotok. Folyadékok. A termodinamika fázisai. Fázisátmenetek.

Előadás 1.16

Minden anyag három halmazállapotban létezhet - szilárd, folyékonyés gáznemű... A köztük lévő átmeneteket számos fizikai tulajdonság (sűrűség, hővezetőképesség stb.) hirtelen megváltozása kíséri.

Az aggregáció állapota attól függ, hogy az anyag milyen fizikai körülmények között van. Az, hogy egy anyagban többféle aggregációs állapot létezik, a molekuláinak (atomjainak) hőmozgásában és a különböző feltételek melletti kölcsönhatásában mutatkozó különbségek az okai.

Gáz- az anyag aggregált állapota, amelyben a részecskéket nem vagy nagyon gyengén kötik a kölcsönhatási erők; részecskéi (molekulái, atomjai) hőmozgásának kinetikus energiája jelentősen meghaladja a köztük lévő kölcsönhatások potenciális energiáját, ezért a részecskék szinte szabadon mozognak, teljesen kitöltve az edényt, amelyben elhelyezkednek, és felveszik annak alakját. Gázhalmazállapotban az anyagnak nincs sem saját térfogata, sem saját formája. Bármely anyag gáz halmazállapotúvá alakítható a nyomás és a hőmérséklet változtatásával.

Folyékony- az anyag halmazállapota, a szilárd és gáz halmazállapotú közti állapot. A részecskék nagy mobilitása és a köztük lévő kis szabad tér jellemzi. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy a folyadékok megtartják térfogatukat és edény alakúak. A folyadékban a molekulák nagyon közel vannak egymáshoz. Ezért a folyadék sűrűsége sokkal nagyobb, mint a gázok sűrűsége (normál nyomáson). A folyadék tulajdonságai minden irányban azonosak (izotróp), a folyadékkristályok kivételével. Melegítéskor vagy a sűrűség csökkenésekor a folyadék tulajdonságai, hővezető képessége és viszkozitása általában a gázok tulajdonságaihoz való közeledés irányába változik.

A folyékony molekulák hőmozgása a kollektív rezgésmozgások és a molekulák időnkénti egyik egyensúlyi helyzetből a másikba történő ugrásából áll.

Szilárd (kristályos) testek- az anyag aggregált állapota, amelyet az atomok alakjának stabilitása és hőmozgásának természete jellemez. Ez a mozgás a szilárd anyagot alkotó atomok (vagy ionok) rezgései. A rezgés amplitúdója általában kicsi az atomközi távolságokhoz képest.

A folyadékok tulajdonságai.

A folyékony halmazállapotú anyag molekulái szinte egymáshoz közel helyezkednek el. Ellentétben a szilárd kristályos testekkel, amelyekben a molekulák rendezett struktúrákat alkotnak a kristály teljes térfogatában, és hőrezgéseket tudnak végrehajtani a rögzített centrumok körül, a folyékony molekulák nagyobb szabadsággal rendelkeznek. A folyadék minden molekuláját, akárcsak a szilárd testet, minden oldalról "befogják" a szomszédos molekulák, és egy bizonyos egyensúlyi helyzet körül hőrezgéseket hajtanak végre. Időről időre azonban bármely molekula átköltözhet egy szomszédos üres helyre. Az ilyen ugrások a folyadékokban meglehetősen gyakran fordulnak elő; ezért a molekulák nem kapcsolódnak meghatározott központokhoz, mint a kristályoknál, és a folyadék teljes térfogatában mozoghatnak. Ez magyarázza a folyadékok folyékonyságát. A szorosan elhelyezkedő molekulák közötti erős kölcsönhatás miatt több molekulát tartalmazó lokális (instabil) rendezett csoportokat alkothatnak. Ezt a jelenséget az ún rövid rendelés.

A molekulák szoros pakolása miatt a folyadékok összenyomhatósága, vagyis a nyomásváltozással járó térfogatváltozás nagyon kicsi; tíz- és százezerszer kevesebb, mint a gázokban. Például a víz térfogatának 1% -os megváltoztatásához körülbelül 200-szor kell növelnie a nyomást. A légköri nyomáshoz képest ilyen nyomásnövekedés körülbelül 2 km-es mélységben érhető el.

A folyadékok, akárcsak a szilárd anyagok, a hőmérséklet változásával megváltoztatják a térfogatukat. Nem túl nagy hőmérséklet-tartományok esetén a relatív térfogatváltozás Δ V / V 0 a Δ hőmérsékletváltozással arányos T:

A β együtthatót ún térfogattágulás hőmérsékleti együtthatója... Ez a folyadékokra vonatkozó együttható tízszer nagyobb, mint a szilárd anyagoké. Víznél például 20 °C hőmérsékleten β in ≈ 2 · 10 –4 K –1, acélnál - β st ≈ 3,6 · 10 –5 K –1, kvarcüvegnél - β q ≈ 9 · 10 - 6 K –1.

A víz hőtágulásának érdekes és fontos anomáliája van a földi élet szempontjából. 4 °C alatti hőmérsékleten a víz a hőmérséklet csökkenésével kitágul (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Amikor a víz megfagy, kitágul, így a jég lebegve marad a fagyos víztest felszínén. A fagyos víz hőmérséklete a jég alatt 0 ° С. A tározó alján lévő sűrűbb vízrétegekben a hőmérséklet körülbelül 4 ° C. Ennek köszönhetően a fagyos tározók vizében is létezhet élet.

A folyadékok legérdekesebb tulajdonsága a jelenlét szabad felület... A folyadék, a gázokkal ellentétben, nem tölti ki az edény teljes térfogatát, amelybe öntik. A folyadék és a gáz (vagy gőz) között határfelület alakul ki, amely a folyékony tömeg többi részéhez képest különleges körülmények között van. A folyadék határrétegében lévő molekulákat, ellentétben a mélységében lévő molekulákkal, nem veszik körül minden oldalról ugyanazon folyadék más molekulái. A folyadékban lévő egyik molekulára a szomszédos molekulák oldaláról ható intermolekuláris kölcsönhatás erői átlagosan kölcsönösen kompenzálódnak. A határrétegben lévő bármely molekulát a folyadék belsejében lévő molekulák vonzzák (elhanyagolhatóak az adott folyadékmolekulára ható erők a gáz (vagy gőz) molekulák oldaláról. Ennek eredményeként egy bizonyos eredő erő jelenik meg, amely mélyen a folyadékba irányul. A felületi molekulákat az intermolekuláris vonzás ereje vonja be a folyadékba. De minden molekulának, beleértve a határréteg molekuláit is, egyensúlyi állapotban kell lennie. Ez az egyensúly a felületi réteg molekulái és a folyadékon belüli legközelebbi szomszédaik közötti távolság enyhe csökkenése miatt érhető el. A molekulák közötti távolság csökkenésével taszító erők lépnek fel. Ha a folyadék belsejében lévő molekulák közötti átlagos távolság az r 0, akkor a felületi réteg molekulái valamivel sűrűbben tömködnek, és ezért a belső molekulákhoz képest további potenciális energiatárolóval rendelkeznek. Figyelembe kell venni, hogy a rendkívül alacsony összenyomhatóság miatt a sűrűbben tömött felületi réteg jelenléte nem vezet észrevehető változáshoz a folyadék térfogatában. Ha a molekula a felszínről a folyadék belsejébe kerül, az intermolekuláris kölcsönhatás erői pozitív munkát végeznek. Éppen ellenkezőleg, annak érdekében, hogy bizonyos számú molekulát a folyadék mélységéből a felszínre húzzanak (azaz a folyadék felületének növeléséhez), külső erők pozitív munkát kell végezni A ext, arányos a Δ változásával S felszíni terület:

A ext = σΔ S.

A σ együtthatót felületi feszültség együtthatójának (σ> 0) nevezzük. Így a felületi feszültség együtthatója megegyezik azzal a munkával, amely egy állandó hőmérsékletű folyadék felületének egy egységnyi növeléséhez szükséges.

SI-ben a felületi feszültséget joule per egységben mérik méter négyzet (J / m 2) vagy newton per méter (1 N / m = 1 J / m 2).

Következésképpen a folyadék felszíni rétegének molekulái többletben vannak a folyadék belsejében lévő molekulákkal összehasonlítva. helyzeti energia... Helyzeti energia E A folyadék felületének p arányos területe: (1.16.1)

A mechanikából ismert, hogy egy rendszer egyensúlyi állapotai megfelelnek potenciális energiájának minimális értékének. Ebből következik, hogy a folyadék szabad felülete csökkenti a területét. Emiatt egy szabad csepp folyadék gömb alakú. A folyadék úgy viselkedik, mintha erők hatnának érintőlegesen a felületére, csökkentve (húzva) ezt a felületet. Ezeket az erőket ún felületi feszültségi erők.

A felületi feszültségi erők jelenléte a folyadék felületét egy rugalmas feszített fóliához teszi hasonlóvá, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a fóliában fellépő rugalmas erők a felületétől (azaz attól, hogy a film deformálódik) és a felületi feszültségtől függenek. ne függjenek a folyadékok felületétől.

A felületi feszültségek hajlamosak a film felületének zsugorítására. Ezért ezt írhatjuk: (1.16.2)

Így a σ felületi feszültség együttható a felületet határoló vonal egységnyi hosszára ható felületi feszültség modulusaként definiálható ( l ennek a vonalnak a hossza).

A folyadékcseppekben és a szappanbuborékok belsejében lévő felületi feszültségi erők hatására a túlnyomás Δ p... Ha gondolatban levág egy gömb alakú sugarú cseppet R két felére, akkor mindegyiknek egyensúlyban kell lennie a 2π vágási határfelületre ható felületi feszültség hatására Rés a π területre ható túlnyomásos erők R 2 szakasz (1.16.1. ábra). Az egyensúlyi feltételt így írjuk le

A folyadék, szilárd anyag és gáz határvonala közelében a folyadék szabad felületének alakja a folyadékmolekulák és a szilárd molekulák közötti kölcsönhatási erőktől függ (a gáz (vagy gőz) molekulákkal való kölcsönhatás elhanyagolható). Ha ezek az erők nagyobbak, mint a folyadék molekulái közötti kölcsönhatás erői, akkor a folyadéké nedves szilárd anyag felülete. Ebben az esetben a folyadék egy bizonyos θ hegyesszögben közelíti meg a szilárd anyag felületét, ami az adott folyadék - szilárd párra jellemző. A θ szöget ún élszög... Ha a folyadék molekulái közötti kölcsönhatási erők meghaladják a szilárd anyag molekuláival való kölcsönhatás erejét, akkor a θ érintkezési szög tompaszögűnek bizonyul (1.16.2 (2) ábra). Ebben az esetben azt mondják, hogy a folyadék nem nedvesít szilárd anyag felülete. Ellenkező esetben (szög - éles) folyadék nedves felület (1.16.2. ábra (1)). Nál nél teljes nedvesítésθ = 0, for teljes nem nedvesedésθ = 180°.

Kapilláris jelenségek a folyadék felemelkedésének vagy süllyedésének nevezik kis átmérőjű csövekben - hajszálerek... A nedvesítő folyadékok a kapillárisokon keresztül felszállnak, a nem nedvesítő folyadékok lefelé haladnak.

Az 1.16.3. ábra egy bizonyos sugarú kapilláris csövet mutat r alsó vége ρ sűrűségű nedvesítő folyadékká süllyeszti. A kapilláris felső vége nyitott. A folyadék emelkedése a kapillárisban addig tart, amíg a kapillárisban lévő folyadékoszlopra ható gravitációs erő nagysága egyenlővé nem válik a keletkező erővel. F n a folyadék és a kapilláris felület határfelületén ható felületi feszültségek: F t = F n, hol F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Ez a következőket jelenti:

Teljes nedvesítésnél θ = 0, cos θ = 1. Ebben az esetben

Teljes nem nedvesedés esetén θ = 180 °, cos θ = –1, és ezért h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

A víz szinte teljesen átnedvesíti a tiszta üvegfelületet. Ezzel szemben a higany nem nedvesíti át teljesen az üvegfelületet. Ezért az üvegkapilláris higanyszintje az edényben lévő szint alá csökken.