Жидкие вещества — характеристика, свойства и примеры

Содержание:

Определение и общая информация

Жидкое состояние можно охарактеризовать как промежуточную агрегацию между твёрдым и газообразным состоянием. Молекулы в этом случае отличаются тем, что не так близки, как у твёрдых веществ. На химии в 11 классе ученики в этом убеждаются лабораторным путем. Молекулы занимают случайные положения, которые меняются со временем. Межмолекулярные расстояния постоянны в пределах узкого края.

В некоторых жидкостях молекулы имеют предпочтительную ориентацию, в результате чего они обладают анизотропными свойствами (например, показатель преломления), которые варьируются в зависимости от направления внутри материала.

Подобно газу жидкие вещества могут течь и принимать форму контейнера. В отличие от него такие субстанции не рассеиваются, чтобы заполнить каждое пространство, но поддерживают постоянную плотность. Отличительной чертой этого состояния является поверхностное натяжение, вызывающее явление смачивания.

Примеры жидких веществ:

  • кровь;
  • вода;
  • жидкий металл;
  • молоко;
  • ацетон и т. д.

Применение таких веществ очень широко: от фармакологии и продуктов питания до тяжёлой промышленности и электроники.

При соответствующих условиях температуры и давления большинство веществ может существовать в жидком состоянии. Но когда превышается температура кипения, состояние меняется на газообразное, а при достижении точки замерзания жидкость превращается в твёрдое вещество. Однако при атмосферном давлении некоторые твёрдые элементы сублимируют при нагревании, то есть переходят непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Плотность жидкостей обычно несколько меньше, чем того же вещества в твёрдом состоянии. Но особенность воды в том, что в жидком состоянии она более плотная.

Физические и химические свойства

Жидкости имеют поверхностное натяжение и капиллярность. Они обычно расширяются при повышении температуры и теряют объём при охлаждении, хотя при сжатии он очень изменчив. Объекты, погруженные в жидкость, подвержены явлению, известному под названием плавучесть.

Поскольку жидкие вещества подвергаются действию силы тяжести, их форма определяется ёмкостью. В состоянии покоя они подвержены гравитации, в любой их точке создаётся давление одинаковой величины во все стороны, как это было установлено в соответствии с законом Паскаля.

В движущейся жидкости давление не всегда является изотропным. Это объясняется тем, что гидродинамическое давление, которое зависит от скорости в каждой точке, добавляется к гидростатическому.

Вязкость и текучесть

Вязкость — это мера сопротивления вытеснению жидкости при перепаде давления. Когда жидкое вещество протекает, предполагается наличие стационарного слоя жидкости или газа, прилипшего к поверхности материала, через который осуществляется поток. Первый слой натирается приклеенной поверхностью, второй — третьим и т. д. Это трение между последовательными слоями отвечает за противодействие потоку, то есть за вязкость.

Трение увеличивается с повышением молярной массы и уменьшается с ростом температуры. Оно также связано со сложностью молекул: низкое в сжиженных инертных газах и высокое в тяжёлых маслах.

Вязкость измеряется в пуазах. Она представляет собой свойство жидкости, в которой необходимо скользить слоем квадратного сантиметра со скоростью 1 см/с по отношению к неподвижному предмету, расположенному на расстоянии 1 см от силы.

Она обычно уменьшается с повышением температуры, хотя некоторые жидкие вещества показывают увеличение вязкости при нагревании. Для газов эта величина увеличивается с ростом температуры. Вязкость определяется с помощью вискозиметра. Среди всех известных сегодня приборов наиболее часто используется вискозиметр Оствальда.

Текучесть — это характеристика жидкостей или газов, дающая им возможность проходить через любое отверстие, даже маленькое. Она обусловлена тем фактом, что жидкое вещество может приобретать любую деформацию без необходимости оказывать механическое напряжение. Оно по существу зависит от ее скорости, а не от нее само́й, в отличие от твёрдых тел, имеющих память формы и испытывающих напряжение, которое больше и дальше от первоначальной формы. То есть в твёрдом теле напряжение связано прежде всего со степенью деформации.

При определённых условиях жидкость может нагреваться выше температуры кипения. В таком состоянии она называется перегретой. Но также есть возможность охлаждать ее ниже точки замерзания. Тогда она называется переохлаждённой.

Другие характеристики

Жидкости имеют объём. Они обладают изменчивостью формы и очень специфическими характеристиками:

  1. Сжатие: сила притяжения между равными молекулами.
  2. Адгезия: сила притяжения между различными молекулами.
  3. Поверхностное натяжение: сила, которая проявляется на поверхности, посредством чего внешний слой жидкости стремится удерживать свой объём в пределах минимальной поверхности.
  4. Капиллярность: проникновение жидкостей через трубки (капилляры) очень малого диаметра, где сила сцепления превышает силу тяжести.

Так кратко можно рассказать о жидких состояниях вещества. Более полную информацию о жидких смесях и их строении, а также о том, какие они бывают, школьники узнают из учебника Габриеляна для 11 класса. Разобравшись с темой, ученики записывают на уроках конспекты и решают задачи.

Еще тесты

Читайте также

Свойства металлов — общие химические и физические свойстваФосфор — характеристика, химические и физические свойстваАльдегиды — получение и применение, физические и химические свойстваЭтилен — структурная формула, химические свойства, применение

Все вещества в природе, независимо от температуры и давления, состоят из молекул одного и того же состава. Однако строение вещества отличается при различных внешних условиях. Кратко рассмотрим строение газообразных, жидких и твердых тел.

Агрегатные состояния вещества

Внешний вид одного и того же вещества существенно зависит от температуры и давления. Правда, далеко не любое вещество легко наблюдать в разных состояниях (особенно это касается плазмы). Но для подготовки доклада в 10 классе достаточно изучить свойства обычной воды. Любой знает, что обычная вода при низкой температуре превращается в лед, а при высокой — в пар, причем эти изменения обратимы.

Влияние давления проследить сложнее, однако тоже возможно: например, измеряя температуру кипения воды в горах, где атмосферное давление заметно ниже. Так, на Крестовом перевале (Военно-Грузинская дорога) вода кипит уже при 92 ⁰С.

Лед, жидкость и пар — это агрегатные состояния воды, строение которых имеет свои особенности. Рассмотрим их с точки зрения молекулярно-кинетической теории (МКТ).

Строение газа

При достаточно высокой температуре и не слишком большом давлении молекулы вещества обладают большой энергией, и сил их взаимодействия недостаточно, чтобы удерживать их рядом. Сила гравитации также оказывается недостаточной, чтобы заметно влиять на поведение молекул. Поэтому при таких условиях молекулы могут свободно перемещаться в пространстве, заполняя весь предоставленный объем.

Молекулы сталкиваются друг с другом и с другими телами, создавая давление газа, однако путь их свободного полета многократно превышает размеры молекул. Взаимодействия происходят лишь в короткое время столкновения. Связь давления с объемом и температурой описывается газовыми законами.

Рис. 1. Три газовых закона.

Строение жидкого вещества

Если уменьшать температуру газа, то энергия молекул будет всё меньше, свободный пробег — тоже. Наконец, молекулы в среднем станут находиться настолько близко друг к другу, что силы притяжения начнут играть заметную роль в поведении вещества, выражаясь в виде поверхностного натяжения. Сила тяжести будет также вносить свою лепту: в результате вещество займет нижнюю часть предоставленного объема.

В жидком состоянии молекулы находятся очень близко друг к другу. Поэтому сжать их можно лишь за счет изменения формы молекул, для чего требуется гораздо больше энергии по сравнению со сжатием за счет уменьшения расстояний между молекулами. Большую часть времени молекулы жидкости проводят в беспорядочных колебаниях, но появление даже небольшой внешней силы способно двигать молекулы жидкости, что обеспечивает текучесть.

Рис. 2. Молекулы в жидкости.

Строение твердого тела

Если уменьшать температуру жидкости, то наступает момент, когда энергия молекулы становится меньше энергии связи между соседними молекулами. В таком состоянии молекулы выстраиваются в регулярную пространственную структуру с наименьшей потенциальной энергией, называемую кристаллом. Порядок, в котором находятся молекулы внутри кристалла, называется кристаллической решеткой.

В кристалле молекулы не могут менять свое расположение относительно соседей. Уменьшению расстояний мешают силы отталкивания положительных ядер в молекулах, увеличению расстояний — силы притяжения между электронными оболочками и ядрами соседних молекул.

Кристалл сохраняет свою форму даже под действием достаточно больших внешних нагрузок потому, что для ее изменения необходимо разрушить сразу много молекулярных связей.

Сравнительная таблица строения твердых, жидких и газообразных тел представлена ниже:

Рис. 3. Таблица строения твердых жидких и газообразных тел.

Что мы узнали?

С точки зрения МКТ, газ представляет собой молекулы вещества, имеющие достаточно большую энергию, чтобы независимо двигаться на относительно больших расстояниях друг от друга. В жидкостях молекулы располагаются рядом и начинают взаимодействовать, но всё еще способны двигаться независимо. В твердых телах молекулы выстраиваются в строгую пространственную структуру и не могут двигаться относительно друг друга.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

    Внешний вид вещества может меняться при изменении:</h3>

    • <label>количества вещества</label>
    • <label>скорости движения вещества</label>
    • <label>времени наблюдения</label>
    • <label>температуры и давления</label>

(новая вкладка) —>

Газы

Расстояние между атомами или молекулами в газах во много раз превышает размеры самих молекул. На них действуют слабые силы притяжения.

Молекулы газов с огромными скоростями (сотни метров в секунду) движутся в пространстве. Слабые силы притяжения не способны удержать их друг возле друга.

Сталкиваясь друг с другом, они непрерывно изменяют направление своего движения и разлетаются в разные стороны.

Средняя кинетическая энергия молекулы газа больше среднего значения её потенциальной энергии.

Свойства

1. Газы легко расширяются

2. Газы легко сжимаются

3. Газы не сохраняют форму

4. Газы не сохраняют объем

Жидкости

Расстояние между молекулами жидкости 2-3 диаметра молекулы. Молекулы жидкости расположены почти вплотную друг к другу. На них действуют сильные силы притяжения.

Зажатая в клетке другими молекулами, она колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с соседними молекулами. Лишь время от времени молекула жидкости перескакивает в новое положение равновесия. Время оседлой жизни молекулы жидкости в среднем 10-11с.

Свойства

1. Жидкости практически несжимаемы

2. Жидкости текучи

3. Жидкости не сохраняют форму

4. Жидкости сохраняют объем

Средняя кинетическая энергия молекулы жидкости незначительно меньше абсолютного значения средней потенциальной энергии.

Твердые тела

Расстояние между молекулами твердых тел 2-3 диаметра молекул. Молекулы твердых тел расположены почти вплотную друг к другу. На них действуют сильные силы притяжения.

Молекулы твердых тел колеблются около положения равновесия, крайне редко совершая перескоки к своим соседям.

Свойства

1. Твердые тела сохраняют форму

2. Твердые тела сохраняют объем

3. Если соединить центры положений равновесия атомов или молекул твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.

Средняя кинетическая энергия молекул твердых тел значительно меньше абсолютного значения средней потенциальной энергии.

Часть 2. Выполните практическое задание.

1. Задача на применение второго закона Ньютона.

На рисунке дан график зависимости проекции скорости от времени тела массой 2 кг. Найти проекцию силы, действующей на тело на каждом этапе движения.

ν м/с

1 2 3 4

Дано

m =2кг

a1 =10 м/с2

a2 = 0 м/с2

a3 = -5 м/с2

Найти

F1x, F2x, F3x — ?

Решение

F1x=m*a1x=2*10=20 H

F2x=m*a2x=2*0= 0 H

F3x=m*a3x=2*5=10 H

Билет № 16

<center>640-1.png</center>Используемые источники:

  • https://nauka.club/khimiya/zhidkie-veshchestva.html
  • https://obrazovaka.ru/fizika/stroenie-gazoobraznyh-zhidkih-i-tverdyh-tel-tablica.html
  • https://studopedia.ru/18_51210_stroenie-gazoobraznih-zhidkih-i-tverdih-tel.html