Le proprietà di base dei liquidi

Il liquido è una sostanza che si trova nello stato aggregato, che è intermedio tra solido e gassoso. Inoltre, il suo stato, come nel caso dei solidi, è condensabile, cioè implica un legame tra particelle (atomi, molecole, ioni). Il fluido ha proprietà che lo distinguono fondamentalmente da sostanze che si trovano in altri stati aggregativi. Il principale è la possibilità di cambiare ripetutamente la forma sotto l'influenza di stress meccanico senza perdita di volume. Oggi scopriremo quali sono le proprietà dei liquidi e di cosa si tratta.

Caratteristiche generali

Il gas non conserva il volume e la forma, il corpo solido conserva entrambi e l'altro e il liquido - solo il volume. Questo è il motivo per cui lo stato liquido di aggregazione è considerato intermedio. La superficie del liquido è una parvenza di una membrana elastica e determina la sua forma. Le molecole di tali corpi, da un lato, non hanno una posizione definita, e dall'altra non possono ricevere completa libertà di movimento. Possono raccogliersi in gocce e scorrere sotto la loro superficie. C'è un'attrazione tra le molecole fluide, che è sufficiente a tenerle a distanza ravvicinata.

La sostanza è allo stato liquido in un determinato intervallo di temperatura. Se la temperatura scende al di sotto di essa, si verifica una transizione verso una forma solida (cristallizzazione), e se sale più in alto, verso una forma gassosa (evaporazione). I limiti di questo intervallo per lo stesso fluido possono variare a seconda della pressione. Ad esempio, in montagna, dove la pressione è significativamente inferiore a quella delle pianure, l'acqua bolle ad una temperatura più bassa.

Di solito, il liquido ha una sola modifica, quindi è sia uno stato aggregativo che una fase termodinamica. Tutti i liquidi sono suddivisi in sostanze pure e miscele. Alcune di queste miscele sono cruciali nella vita umana: sangue, acqua di mare e altre.

Considerare le proprietà di base dei liquidi.

flusso

Il liquido si differenzia da altre sostanze, prima di tutto, dalla fluidità. Se viene applicata una forza esterna, una corrente di particelle appare nella direzione della sua applicazione. Pertanto, quando esposto a forze sbilanciate esterne, il fluido non è in grado di preservare la forma e la posizione relativa delle particelle. Per lo stesso motivo, prende la forma di una nave in cui cade. A differenza dei corpi di plastica solidi, i liquidi non hanno forza di snervamento, cioè, fluiscono alla minima uscita dallo stato di equilibrio.

Conservazione del volume

Una delle proprietà fisiche caratteristiche dei liquidi è la capacità di preservare il volume sotto l'azione meccanica. Sono estremamente difficili da comprimere a causa dell'alta densità di molecole. Secondo la legge di Pascal, la pressione che viene prodotta su un liquido racchiuso in una nave, senza cambiamento, viene trasmessa a ciascun punto del suo volume. Oltre a una minima compressibilità, questa funzione è ampiamente utilizzata nell'idraulica. La maggior parte dei liquidi aumenta di volume quando viene riscaldata e diminuisce quando si raffredda.

viscosità

Tra le principali proprietà dei liquidi, come nel caso dei gas, vale la pena notare la viscosità. La viscosità si riferisce alla capacità delle particelle di resistere al movimento l'una rispetto all'altra, cioè l'attrito interno. Quando si spostano gli strati di fluido adiacenti l'uno rispetto all'altro, si verifica un'inevitabile collisione di molecole e si creano delle forze che inibiscono il movimento ordinato. Energia cinetica il movimento ordinato viene convertito in energia termica di movimento caotico. Se il fluido posto nel vaso viene spostato e poi lasciato solo, allora si fermerà gradualmente, ma la sua temperatura aumenterà.

Tensione superficiale e superficiale libera

Se guardi una goccia d'acqua che si trova su una superficie piana, puoi vedere che è arrotondata. A causa di questo tali proprietà dei liquidi come la formazione di superficie libera e tensione superficiale. La capacità dei liquidi di mantenere il volume provoca la formazione di una superficie libera, che non è altro che l'interfaccia: liquida e gassosa. Al contatto di queste fasi della stessa sostanza, sorgono delle forze per ridurre l'area del piano dell'interfaccia. Sono chiamati tensione superficiale. Il confine di fase è una membrana elastica, tendente a stringere.

La tensione superficiale è anche spiegata dall'attrazione reciproca di molecole liquide. Ogni molecola cerca di "circondarsi" con altre molecole e allontanarsi dall'interfaccia. Per questo motivo, la superficie sta rapidamente diminuendo. Questo spiega il fatto che le bolle di sapone e le bolle formate durante l'ebollizione tendono a prendere una forma sferica. Se solo la forza di tensione superficiale agisce sul liquido, prenderà certamente questa forma.

Piccoli oggetti, la cui densità supera la densità del liquido, sono in grado di rimanere sulla sua superficie a causa del fatto che la forza che impedisce l'aumento dell'area superficiale è maggiore della forza della forza.

Evaporazione e condensazione

L'evaporazione si riferisce alla transizione graduale di una sostanza da uno stato liquido a uno stato gassoso. Nel processo del moto termico, alcune molecole lasciano il liquido, passano attraverso la sua superficie e vengono convertite in vapore. Parallelamente, un'altra parte delle molecole, al contrario, passa da vapore a liquido. Quando il numero di composti che escono dal liquido supera il numero di composti che sono entrati, il processo di evaporazione ha luogo.

La condensazione è il contrario dell'evaporazione. Durante la condensazione, il liquido riceve più vapore dal vapore di quanto non emetta.

Entrambi i processi descritti sono non di equilibrio e possono continuare fino a quando non viene stabilito l'equilibrio locale. In questo caso, il liquido può evaporare completamente o venire in equilibrio con il suo vapore.

ebollizione

L'ebollizione è il processo di trasformazione interna del fluido. Quando la temperatura sale fino a un certo punto, la pressione del vapore supera la pressione all'interno della sostanza e le bolle iniziano a formarsi in essa. In condizioni di gravità, galleggiano verso l'alto.

bagnare

La bagnatura è un fenomeno che si verifica quando un liquido entra in contatto con un solido in presenza di vapore. Pertanto, si verifica all'interfaccia delle tre fasi. Questo fenomeno caratterizza il "incollaggio" di una sostanza liquida a un solido e la sua diffusione sulla superficie di un solido. Esistono tre tipi di bagnatura: limitata, piena e non bagnante.

Miscibilità

Caratterizza la capacità dei liquidi di dissolversi l'uno nell'altro. Esempi di liquidi miscibili sono acqua e alcol, mentre quelli che sono immiscibili sono acqua e olio.

diffusione

Quando due fluidi miscelati si trovano nello stesso recipiente, a causa del movimento termico della molecola, iniziano a superare l'interfaccia e i fluidi si mescolano gradualmente. Questo processo è chiamato diffusione. Può verificarsi in sostanze che si trovano in altri stati aggregativi.

Surriscaldamento e ipotermia

Tra le proprietà affascinanti dei liquidi vale la pena notare il surriscaldamento e l'ipotermia. Questi processi spesso costituiscono la base di focolai chimici. Con un riscaldamento uniforme, senza forti cadute di temperatura ed effetti meccanici, il liquido può riscaldarsi sopra il punto di ebollizione, senza punto di ebollizione. Questo processo è chiamato surriscaldamento. Se un oggetto viene gettato in un liquido surriscaldato, bollirà istantaneamente.

In modo simile, avviene il super raffreddamento del liquido, cioè il suo raffreddamento a una temperatura inferiore al punto di congelamento, bypassando il congelamento stesso. Con un leggero colpo, il liquido surriscaldato cristallizza istantaneamente e si trasforma in ghiaccio.

Onde in superficie

Se disturbate l'equilibrio della superficie del liquido, allora, sotto l'azione delle forze di ripristino, tornerà all'equilibrio. Questo movimento non è limitato a un ciclo, ma si trasforma in vibrazioni e si diffonde in altre parti. Ecco come si ottengono le onde che possono essere osservate sulla superficie di qualsiasi liquido.

Quando una forza di ripristino appare prevalentemente la forza di gravità, le onde sono chiamate gravitazionali. Possono essere visti sull'acqua ovunque. Se la forza di ripristino è formata principalmente dalla forza di tensione superficiale, allora le onde sono chiamate capillari. Ora sai quale proprietà dei liquidi provoca l'eccitazione familiare dell'acqua.

Onde di densità

Il fluido è estremamente duro compresso, tuttavia, con un cambiamento di temperatura, il suo volume e la sua densità cambiano. Questo non accade all'istante: quando si comprime una sezione, le altre vengono compresse con un ritardo. Quindi, le onde elastiche si propagano all'interno del liquido, che sono chiamate onde di densità. Se mentre l'onda si propaga, la densità cambia leggermente, quindi la chiamo suono, e se è abbastanza forte, è shock.

Abbiamo incontrato le proprietà generali dei liquidi. Tutte le caratteristiche principali dipendono dal tipo e dalla composizione dei liquidi.

classificazione

Dopo aver considerato le proprietà fisiche di base dei liquidi, scopriamo come sono classificati. La struttura e le proprietà delle sostanze liquide dipendono dall'individualità delle particelle nella loro composizione, nonché dalla natura e dalla profondità dell'interazione tra esse. Su questa base, emetti:

1. Fluidi atomici Sono costituiti da atomi o molecole sferiche che sono interconnesse dalle forze centrali di van der Waals. L'argon liquido e il metano liquido sono i primi esempi.
2. Liquidi costituiti da molecole biatomiche con atomi identici i cui ioni sono legati dalle forze di Coulomb. Gli esempi includono idrogeno liquido, sodio liquido e mercurio liquido.
3. Liquidi costituiti da molecole polari legate dall'interazione dipolo-dipolo, ad esempio bromuro di idrogeno.
4. Fluidi associati Hanno legami idrogeno (acqua, glicerina).
5. Fluidi composti da molecole grandi. Per quest'ultimo, i gradi di libertà interni svolgono un ruolo importante.

Le sostanze dei primi due (meno spesso tre) gruppi sono chiamate semplici. Sono studiati meglio di chiunque altro. Tra i liquidi difficili, l'acqua più studiata. Questa classificazione non include i cristalli liquidi e i liquidi quantici, poiché sono casi speciali e sono considerati separatamente.

Dal punto di vista delle proprietà idrodinamiche, i liquidi sono suddivisi in newtoniani e non newtoniani. Per il primo obbedire alla legge di Newton. Ciò significa che il loro sforzo di taglio dipende linearmente dal gradiente di velocità. Il coefficiente di proporzionalità tra questi valori è chiamato viscosità. Avere non newtoniano viscosità dei liquidi varia a seconda del gradiente di velocità.

studio

Lo studio del moto e dell'equilibrio meccanico di liquidi e gas, così come le loro interazioni, anche con i solidi, è trattato in una sezione di meccanica come la meccanica dei fluidi. È anche chiamato idrodinamica.

I fluidi incomprimibili sono studiati nella sottosezione della meccanica dei fluidi, che viene semplicemente chiamata idromeccanica. Poiché la compressibilità dei liquidi è molto piccola, in molti casi viene semplicemente trascurata. Fluidi comprimibili che studiano la dinamica del gas.

Gli idromeccanici sono ulteriormente suddivisi in idrostatica e idrodinamica (in senso stretto). Nel primo caso viene studiato l'equilibrio dei liquidi incomprimibili e nel secondo il loro movimento.

L'idrodinamica magnetica è impegnata nello studio di liquidi magnetici e conduttivi e l'idraulica si occupa di problemi applicati.

La legge fondamentale dell'idrostatica è la legge di Pascal. Il moto dei fluidi incomprimibili ideali è descritto dall'equazione di Eulero. Per il loro flusso stazionario, la legge di Bernoulli è soddisfatta. Una formula di Torricelli descrive il flusso di sostanze liquide dai buchi. Il movimento dei fluidi viscosi obbedisce all'equazione di Navier-Stokes, che, tra le altre cose, può tenere conto della compressibilità.

Onde elastiche e oscillazioni in un fluido (come, in effetti, in altri media) studiano una scienza come l'acustica. Hydroacoustics - una sottosezione dedicata allo studio del suono nell'ambiente acquatico per risolvere problemi di comunicazione subacquea, posizione e altre cose.

In conclusione

Oggi abbiamo incontrato le proprietà fisiche generali dei liquidi. Abbiamo anche appreso che tali sostanze sono generalmente rappresentate e come sono classificate. Per quanto riguarda le proprietà chimiche di un liquido, dipendono direttamente dalla sua composizione. Pertanto, dovrebbero essere considerati separatamente per ciascuna sostanza. Quale proprietà di un fluido è importante e quale no, una risposta difficile. Tutto dipende dal compito nel contesto del quale viene considerato questo fluido.