Šķidrums ir vielas stāvoklis, ko raksturo molekulas, kas atrodas pietiekami tuvu viena otrai, lai izveidotu pagaidu saites (saķere) un pārvietotos viena ap otru (plūstamība). Šķidrumiem ir noteikts tilpums un tie iegūst konteinera formu. Tie galvenokārt ir sastopami dabā.
Apskatīsim katru no tiem sīkāk.
Šajā rakstā mēs apskatīsim:
Šķidrumu piemēri: vairāk nekā tikai ūdens
Kad mēs runājam par šķidrumiem, mēs runājam par vielas stāvokli. Atšķirībā no cietām vielām, kurām ir noteikta forma un tilpums, un gāzēm, kas izplešas, piepildot jebkuru trauku, šķidrumiem ir noteikts tilpums, bet tie iegūst konteinera formu. Dažas šķidrumu īpašības ietver:
- Gandrīz nesaspiežams: šķidrumiem ir fiksēts tilpums, kas nozīmē, ka tos ir grūti saspiest. Tas ir saistīts ar faktu, ka šķidrumā esošās molekulas atrodas tuvu viena otrai un tām ir maza pārvietošanās brīvība.
- Blīvums: Šķidrumus raksturo to blīvums, kas ir masa uz tilpuma vienību. Šķidruma blīvumu ietekmē temperatūra un spiediens, bet noteikta veida vielām blīvums paliek nemainīgs.
- Kohēzija un adhēzija: Šķidrumiem ir kohēzijas īpašība, kas nozīmē, ka molekulas tiek piesaistītas viena otrai. Viņiem ir arī saķeres īpašība, kas nozīmē, ka tās pievelk cietas vielas virsmai.
- Viskozitāte: Šķidrumiem ir noteikta pretestība pret plūsmu, ko sauc par viskozitāti. Šo īpašību ietekmē temperatūra un šķidruma ķīmiskais sastāvs.
Šķidrumu piemēri
Kad mēs domājam par šķidrumiem, pirmais, kas nāk prātā, parasti ir ūdens. Tomēr ir daudzi citi šķidrumu piemēri, tostarp:
- Augu eļļa: šī ir izplatīta cepamā eļļa, kas nesajaucas ar ūdeni, kas nozīmē, ka tā nesajaucas ar ūdeni.
- Alkohols: tas ir parasts šķidrums, kas sajaucas ar ūdeni, tas nozīmē, ka tas sajaucas ar ūdeni.
- Dzīvsudrabs: tas ir metālisks elements, kas istabas temperatūrā ir šķidrs. To raksturo augsts blīvums, un to parasti izmanto termometros.
- Rubidijs: Tas ir vēl viens metāla elements, kas ir šķidrs paaugstinātā temperatūrā.
- Ķimikālijas: ir daudzas ķīmiskas vielas, kas pastāv šķidrā veidā, tostarp dažas, kas ir daudz mūsu ikdienas dzīvē, piemēram, benzīns un tīrīšanas līdzekļi.
Šķidrumi un to īpašības
Šķidrumu īpašības var izraisīt dažas interesantas parādības. Piemēram:
- Šķidrumi var mainīt formu: atšķirībā no cietām vielām, kurām ir noteikta forma, šķidrumi var iegūt sava tvertnes formu. Šī īpašība ir saistīta ar faktu, ka šķidrumā esošās molekulas var relatīvi brīvi pārvietoties.
- Šķidrumi piepilda tvertnes: lai gan šķidrumi neizplešas, lai piepildītu konteineru kā gāzes, tie piepilda trauku, kurā tie atrodas. Tas ir tāpēc, ka šķidrumiem ir noteikts tilpums.
- Šķidrumi izkliedējas uz virsmām: Kad šķidrums tiek novietots uz virsmas, tas izkliedēsies, līdz sasniegs līdzsvara stāvokli. Tas ir saistīts ar kohēzijas un adhēzijas īpašībām.
Kas padara šķidrumus unikālus?
Šķidrumi ir aizraujošs vielas stāvoklis, kam piemīt īpašības, kas tos atšķir no cietām vielām un gāzēm. Šeit ir dažas galvenās šķidrumu īpašības:
- Tilpums: Šķidrumiem ir noteikts tilpums, kas nozīmē, ka tie aizņem noteiktu vietas daudzumu.
- Forma: Šķidrumi iegūst konteinera formu nesabalansēto spēku dēļ starp to daļiņām.
- Kohēzijas spēki: Šķidrumā esošās molekulas tiek piesaistītas viena otrai, kā rezultātā rodas virsmas spraigums un spēja veidot pilienus.
- Viskozitāte: Šķidrumu pretestība pret plūsmu var ievērojami atšķirties atkarībā no šķidruma veida. Piemēram, ūdenim ir zema viskozitāte, bet medum ir augsta viskozitāte.
- Virsmas spraigums: Šķidrumiem ir īpašība, ko sauc par virsmas spraigumu, kas ir kohēzijas spēku rezultāts starp daļiņām šķidruma virsmā. Šī īpašība ir svarīga daudzos procesos, piemēram, kapilārā darbībā.
- Iztvaikošana: Šķidrumi var pārvērsties gāzes fāzē, izmantojot procesu, ko sauc par iztvaikošanu, kas prasa enerģiju, lai pārtrauktu saites starp daļiņām.
Atšķirības starp šķidrumiem un cietām vielām
Lai gan šķidrās un cietās vielas tiek uzskatītas par vielas kondensētām fāzēm, starp tām ir izteiktas atšķirības:
- Forma: cietām vielām ir noteikta forma, savukārt šķidrumiem ir sava tvertnes forma.
- Daļiņas: cietā vielā esošās daļiņas ir sakārtotas fiksētā veidā, savukārt šķidrumā esošās daļiņas var brīvi pārvietoties viena ap otru.
- Tilpums: cietām vielām ir noteikts tilpums, savukārt šķidrumiem ir noteikts tilpums, bet tie var mainīt formu.
- Kohēzija: Kohēzijas spēki cietās vielās ir spēcīgāki nekā šķidrumos, kā rezultātā palielinās virsmas spraigums.
Šķidruma īpašību izpratnes nozīme
Šķidrumu īpašību izpratne ir svarīga daudzās jomās, tostarp:
- Ķīmija: Lai aprakstītu savienojumu uzvedību un izmērītu to fizikālās un ķīmiskās izmaiņas, ir jāzina šķidrumu īpašības.
- Fizika: Šķidrumu izpēte ir svarīga, lai izprastu šķidrumu uzvedību, kas ir būtiska daudzās fizikas jomās.
- Zemes zinātne: Šķidrumu īpašības ir svarīgas, lai izprastu ūdens uzvedību uz Zemes, tostarp tā lomu ūdens ciklā un ietekmi uz vidi.
Šķidruma īpašību mērīšana
Ir daudz veidu, kā izmērīt šķidrumu īpašības, tostarp:
- Viskozitāte: pretestību plūsmai var izmērīt, izmantojot viskozimetru.
- Virsmas spraigums: Šķidruma virsmas spraigumu var izmērīt, izmantojot tensiometru.
- Blīvums: šķidruma tilpuma vienības masu var izmērīt, izmantojot hidrometru.
- Vārīšanās temperatūra: temperatūru, kurā šķidrums pāriet gāzes fāzē, var izmērīt, izmantojot termometru.
Šķidrumu pētniecības nākotne
Joprojām ir daudz ko uzzināt par šķidrumiem, un pētījumi šajā jomā turpinās. Dažas galvenās fokusa jomas ir:
- Sarežģīti šķidrumi: šķidrumi, kuriem ir sarežģītāka struktūra nekā vienkāršiem šķidrumiem, piemēram, polimēri un šķidrie kristāli.
- Augstspiediena šķidrumi: šķidrumi, kas ir pakļauti augstam spiedienam, piemēram, tie, kas atrodas dziļi Zemes iekšienē.
- Karsti šķidrumi: šķidrumi, kas tiek uzkarsēti līdz augstām temperatūrām, piemēram, tie, ko izmanto rūpnieciskos procesos.
Stāvokļa maiņa: fāžu jautājums
Kušana ir pāreja no cietās fāzes uz šķidro fāzi. Šeit ir dažas lietas, kas jāpatur prātā:
- Kad cieta viela tiek uzkarsēta, tās molekulas sāk vibrēt arvien ātrāk.
- Noteiktā brīdī molekulām ir pietiekami daudz enerģijas, lai atbrīvotos no fiksētajām pozīcijām un sāktu kustēties.
- Tas ir tad, kad cietā viela sāk kust un kļūst par šķidrumu.
No šķidruma uz cietu: sasaldēšana
Saldēšana ir pretstats kausēšanai. Tā ir pāreja no šķidrās fāzes uz cieto fāzi. Šeit ir dažas lietas, kas jāpatur prātā:
- Kad šķidrums tiek atdzesēts, tā molekulas sāk kustēties lēnāk un lēnāk.
- Noteiktā brīdī molekulas zaudē pietiekami daudz enerģijas, lai pārvietotos un sāktu iekārtoties fiksētās pozīcijās.
- Tas ir tad, kad šķidrums sāk sasalt un kļūst par cietu.
No šķidruma uz gāzi: iztvaikošana
Iztvaikošana ir pāreja no šķidrās fāzes uz gāzes fāzi. Šeit ir dažas lietas, kas jāpatur prātā:
- Kad šķidrums tiek uzkarsēts, tā molekulas sāk kustēties arvien ātrāk.
- Noteiktā brīdī molekulām ir pietiekami daudz enerģijas, lai atbrīvotos no šķidruma virsmas un kļūtu par gāzi.
- Tas ir tad, kad šķidrums sāk iztvaikot un kļūst par gāzi.
No gāzes uz šķidrumu: kondensāts
Kondensācija ir pretstats iztvaikošanai. Tā ir pāreja no gāzes fāzes uz šķidro fāzi. Šeit ir dažas lietas, kas jāpatur prātā:
- Kad gāze tiek atdzesēta, tās molekulas sāk kustēties lēnāk un lēnāk.
- Noteiktā brīdī molekulas zaudē pietiekami daudz enerģijas, lai paliktu kopā un sāktu veidot šķidrumu.
- Tas ir tad, kad gāze sāk kondensēties un kļūst par šķidrumu.
Vielas stāvokļu maiņa ir aizraujošs process, kas notiek mums visapkārt. Neatkarīgi no tā, vai tas ir ledus kūstošais dzērienā vai tvaiks, kas paceļas no rīta kafijas, matērijas fāžu izpratne var palīdzēt mums novērtēt pasauli pavisam jaunā veidā.
Ūdens lipīgā daba: kohēzija un adhēzija
Kohēzija un adhēzija ir saistītas ar šķidrumu virsmas spraigumu. Virsmas spraigums ir spēks, kas liek šķidruma virsmai sarauties un veidot formu, kas samazina virsmas laukumu. Kohēzija ir atbildīga par ūdens virsmas spraigumu, savukārt adhēzija ļauj ūdenim pielipt pie citām virsmām.
Kohēzijas un adhēzijas piemēri darbībā
Šeit ir daži kohēzijas un adhēzijas piemēri ikdienas dzīvē:
- Ūdens piliens uz spīdīgas virsmas veido gandrīz sfērisku formu ūdens molekulu kohēzijas spēku dēļ.
- Ūdens traukā saķeres dēļ var izraisīt trauka mitrumu.
- Kapilārā darbība, kas ļauj ūdenim pārvietoties pa šaurām caurulēm, ir gan kohēzijas, gan adhēzijas rezultāts.
- Menisku, šķidruma izliekto virsmu traukā, izraisa līdzsvars starp kohēzijas un adhezīviem spēkiem.
Kohēzijas un adhēzijas ietekme
Kohēzijas un saķeres spēku stiprums ir atkarīgs no šķidruma veida un virsmas, ar kuru tas saskaras. Šeit ir daži kohēzijas un adhēzijas efekti:
- Ūdens lodītes veidojas uz vaskotas virsmas, jo kohēzijas spēki starp ūdens molekulām ir lielāki nekā līmes spēki starp ūdeni un vasku.
- Krāsai ir tendence saplacināt uz stikla virsmas, jo līmes spēki starp krāsu un stiklu ir lielāki nekā kohēzijas spēki starp krāsas molekulām.
- Dzīvsudrabs šauras stikla caurulītes iekšpusē veido ieliektu menisku, jo adhezīvie spēki starp dzīvsudrabu un stiklu ir lielāki nekā kohēzijas spēki starp dzīvsudraba molekulām.
- Ziepju burbuļiem ir tendence veidot sfēras, jo ir līdzsvars starp kohēzijas un adhezīviem spēkiem.
Kohēzija un adhēzija ir aizraujošas šķidrumu īpašības, kas ļauj tiem veidot dažādas formas un mijiedarboties ar citiem objektiem. Šo īpašību izpratne var palīdzēt mums ietaupīt ūdeni un efektīvāk izmantot to ikdienas dzīvē.
Viskozitātes lipīgais bizness
Viskozitāte ir termins, ko izmanto fizikā un fizikālajā ķīmijā, lai aprakstītu šķidruma pretestību plūsmai. Tas ir šķidruma iekšējās berzes mērs, un to ietekmē tādi faktori kā temperatūra, spiediens un šķidrumu veidojošo molekulu izmērs un forma.
Kā tiek mērīta viskozitāte?
Viskozitāti parasti mēra, izmantojot ierīci, ko sauc par viskozimetru, kas mēra laiku, kas nepieciešams šķidrumam, lai izplūstu caur šauru cauruli vai kanālu. Šķidruma viskozitāti izsaka puzes vai centipua vienībās, un viena puze ir vienāda ar vienu dīna sekundi uz kvadrātcentimetru.
Kādas ir dažas problēmas, kas saistītas ar viskozitāti?
Lai gan viskozitāte ir svarīga šķidrumu īpašība, tā var arī radīt problēmas noteiktās situācijās. Piemēram, augsta viskozitāte var apgrūtināt šķidrumu sūknēšanu pa cauruļvadiem, savukārt zema viskozitāte var izraisīt noplūdi un citas problēmas.
Resursi turpmākai diskusijai
Ja vēlaties uzzināt vairāk par viskozitāti un tās lomu šķidrumu uzvedībā, tiešsaistē un drukātā veidā ir pieejami daudzi resursi. Daži noderīgi informācijas avoti ir:
- Fizikālās ķīmijas un kondensēto vielu fizikas mācību grāmatas
- Zinātniskie žurnāli, piemēram, Physical Review Letters un Journal of Chemical Physics
- Tiešsaistes forumi un diskusiju dēļi zinātniekiem un pētniekiem
- Tīmekļa vietnes un emuāri, kas veltīti šķidrumu un to īpašību izpētei
Iztvaikošana: zinātne par šķidruma pārveidi tvaikos
Iztvaikošana ir process, kurā šķidrums pāriet gāzveida stāvoklī. Tas notiek, kad šķidrumā esošās molekulas iegūst pietiekami daudz kinētiskās enerģijas, lai izvairītos no spēkiem, kas tās satur kopā. Šim procesam nepieciešamo enerģiju sauc par siltumu, un to var dot saules gaismas, ēdiena gatavošanas vai jebkura cita siltuma avota veidā. Kad šķidrums tiek uzkarsēts, tā molekulas pārvietojas ātrāk, un palielinās iespēja iegūt pietiekami daudz enerģijas, lai izkļūtu no šķidrās fāzes.
Temperatūras un spiediena loma
Apkārtējās teritorijas temperatūrai un spiedienam ir nozīmīga loma iztvaikošanas procesā. Kad temperatūra ir augstāka, šķidruma molekulām ir lielāka kinētiskā enerģija, un tām kļūst vieglāk izkļūt no šķidrās fāzes. No otras puses, kad spiediens ir zemāks, molekulām ir vairāk vietas, kur pārvietoties, un tām kļūst vieglāk izkļūt no šķidrās fāzes.
Iztvaikošana pret iztvaikošanu
Iztvaikošanu bieži sajauc ar iztvaikošanu, taču tie nav viens un tas pats. Iztvaikošana ir process, kurā šķidrums tiek pārvērsts gāzē, un tas var notikt jebkurā temperatūrā. No otras puses, iztvaikošana notiek tikai uz šķidruma virsmas un tikai tad, kad šķidrums ir zem tā viršanas temperatūras.
Iztvaikošana dažādās vidēs
Iztvaikošana var notikt jebkurā vidē, bet tā notiek ātrāk siltākā un sausākā vidē. Šeit ir daži konkrēti piemēri:
- Karstā un sausā klimatā iztvaikošana notiek ātrāk nekā aukstā un mitrā klimatā.
- Lielākos augstumos iztvaikošana notiek ātrāk, jo gaisa spiediens ir zemāks.
- Iztvaikošana notiek ātrāk vietās ar plašu skābekļa izplatību gaisā.
- Aizēnotajās vietās iztvaikošana notiek ātrāk, jo šķidruma uzsildīšanai ir mazāk tiešu saules staru.
Kondensācija un ūdens cikls
Kad ūdens tvaiki atmosfērā atdziest, tie galu galā pārvēršas šķidrumā, izmantojot procesu, ko sauc par kondensāciju. Pēc tam šis šķidrums var nokrist atpakaļ uz Zemes virsmu kā nokrišņi, pabeidzot ūdens ciklu.
Zinātne par šķidrumu nepastāvību
Gaistamība ir vielas tendence iztvaikot vai iztvaikot. Tas ir cieši saistīts ar šķidruma tvaika spiedienu, kas ir mērs vielas tieksmei izkļūt gāzes fāzē. Šķidruma gaistamība ir atkarīga no vairākiem faktoriem, tostarp tā atsevišķo molekulu lieluma un formas, blakus esošo atomu vai daļiņu saites stiprības un enerģijas, kas nepieciešama, lai sarautu šīs saites un ļautu vielai pārveidoties no šķidruma. uz gāzi.
Tvaika spiediena nozīme
Tvaika spiediens ir šķidruma relatīvās nepastāvības pakāpes mērs. Tas ir spiediens, ko noteiktā temperatūrā rada vielas tvaiki slēgtā traukā. Jo augstāks ir tvaika spiediens, jo šķidrums ir gaistošāks. Šī īpašība ir svarīga, lai noteiktu šķidruma viršanas temperatūru, kā arī tā tendenci iztvaikot.
Uzliesmojamība un nepastāvība
Vielas uzliesmojamība ir cieši saistīta ar tās nepastāvību. Gaistošos šķidrumus, kuriem ir zema uzliesmošanas temperatūra, kas ir temperatūra, kurā šķidrums izdala pietiekami daudz tvaiku, lai izveidotu uzliesmojošu maisījumu ar gaisu, tiek uzskatīti par viegli uzliesmojošiem. Tāpēc ir svarīgi ar gaistošiem šķidrumiem rīkoties uzmanīgi un saskaņā ar drošības noteikumiem.
Gaistošo šķidrumu rūpnieciskā izmantošana
Gaistošos šķidrumus parasti izmanto rūpnieciskos procesos, piemēram:
- Šķīdinātāji: izmanto citu vielu šķīdināšanai dažādu produktu ražošanā.
- Degvielas: izmanto kā enerģijas avotu dzinējos un citās iekārtās.
- Tīrīšanas līdzekļi: izmanto virsmu tīrīšanai un dezinfekcijai dažādās nozarēs.
Noslēgumā jāsaka, ka šķidrumu gaistamība ir sarežģīts process, kas ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, tostarp no atsevišķu molekulu īpašībām, temperatūras un citu vielu klātbūtnes. Izpratne par nepastāvības zinātni ir svarīga vairākās nozarēs, sākot no ražošanas līdz enerģijas ražošanai.
Secinājumi
Tātad, tas ir tas, kas ir šķidrums. Šķidrums ir vielas stāvoklis atšķirībā no cietām vielām, kam raksturīgs noteikts tilpums un šķidruma forma, un tas ietver gandrīz visu, ko mēs ikdienā redzam sev apkārt.
Jūs nevarat īsti saprast šķidrumus, neizprotot kohēzijas un adhēzijas īpašības, un jūs nevarat īsti saprast tos, nesaprotot molekulas un atomus. Tāpēc es ceru, ka šī rokasgrāmata ir devusi jums labāku izpratni par to, kas ir šķidrumi.
Es esmu Joosts Nuselders, Tools Doctor dibinātājs, satura mārketinga speciālists un tētis. Man patīk izmēģināt jaunu aprīkojumu, un kopš 2016. gada kopā ar savu komandu esmu veidojis padziļinātus emuāra rakstus, lai palīdzētu lojālajiem lasītājiem ar rīkiem un gatavošanas padomiem.
