Kvapalina je stav hmoty charakterizovaný molekulami, ktoré sú dostatočne blízko seba, aby vytvorili dočasné väzby (adhézia) a navzájom sa pohybovali (tekutosť). Kvapaliny majú určitý objem a majú tvar nádoby. Väčšinou sa vyskytujú v prírode.
Pozrime sa na každý z nich podrobnejšie.
V tomto príspevku sa budeme venovať:
Príklady tekutín: Viac ako len voda
Keď hovoríme o kvapalinách, máme na mysli stav hmoty. Na rozdiel od pevných látok, ktoré majú pevný tvar a objem, a plynov, ktoré expandujú, aby naplnili akúkoľvek nádobu, kvapaliny majú pevný objem, ale majú tvar svojej nádoby. Niektoré vlastnosti kvapalín zahŕňajú:
- Takmer nestlačiteľné: Kvapaliny majú pevný objem, čo znamená, že je ťažké ich stlačiť. Je to spôsobené tým, že molekuly v kvapaline sú blízko seba a majú malú voľnosť pohybu.
- Hustota: Kvapaliny sú charakterizované svojou hustotou, čo je hmotnosť na jednotku objemu. Hustotu kvapaliny ovplyvňuje teplota a tlak, ale pre určitý typ látky zostáva hustota konštantná.
- Súdržnosť a priľnavosť: Kvapaliny majú vlastnosť súdržnosti, čo znamená, že molekuly sa navzájom priťahujú. Majú tiež vlastnosť adhézie, čo znamená, že sú priťahované k povrchu pevnej látky.
- Viskozita: Kvapaliny majú určitý odpor voči toku, ktorý je známy ako viskozita. Táto vlastnosť je ovplyvnená teplotou a chemickým zložením kvapaliny.
Príklady kvapalín
Keď myslíme na tekutiny, prvá vec, ktorá nás napadne, je zvyčajne voda. Existuje však mnoho ďalších príkladov kvapalín, vrátane:
- Rastlinný olej: Ide o bežný kuchynský olej, ktorý je nemiešateľný s vodou, čo znamená, že sa s vodou nemieša.
- Alkohol: Ide o bežnú kvapalinu, ktorá je miešateľná s vodou, čo znamená, že sa s vodou mieša.
- Ortuť: Ide o kovový prvok, ktorý je pri izbovej teplote tekutý. Vyznačuje sa vysokou hustotou a bežne sa používa v teplomeroch.
- Rubídium: Toto je ďalší kovový prvok, ktorý je pri zvýšených teplotách tekutý.
- Chemikálie: Existuje veľa chemikálií, ktoré existujú v tekutej forme, vrátane niektorých, ktoré sú hojne zastúpené v našom každodennom živote, ako je benzín a čistiace prostriedky.
Kvapaliny a ich vlastnosti
Vlastnosti kvapalín môžu viesť k niektorým zaujímavým javom. Napríklad:
- Kvapaliny môžu meniť tvar: Na rozdiel od pevných látok, ktoré majú pevný tvar, kvapaliny môžu mať tvar svojej nádoby. Táto vlastnosť je spôsobená skutočnosťou, že molekuly v kvapaline sa môžu relatívne voľne pohybovať.
- Kvapaliny plnia nádoby: Aj keď sa kvapaliny nerozširujú, aby naplnili nádobu ako plyny, plnia nádobu, v ktorej sa nachádzajú. Je to preto, že kvapaliny majú pevný objem.
- Kvapaliny sa rozptyľujú na povrchoch: Keď je kvapalina umiestnená na povrchu, bude sa rozptyľovať, kým nedosiahne rovnovážny stav. Je to spôsobené vlastnosťami súdržnosti a priľnavosti.
Čím sú tekutiny jedinečné?
Kvapaliny sú fascinujúcim stavom hmoty, ktorý má vlastnosti, ktoré ich odlišujú od pevných látok a plynov. Tu sú niektoré kľúčové vlastnosti tekutín:
- Objem: Kvapaliny majú určitý objem, čo znamená, že zaberajú určité množstvo miesta.
- Tvar: Kvapaliny nadobúdajú tvar svojej nádoby v dôsledku nevyvážených síl medzi ich časticami.
- Kohézne sily: Molekuly v kvapaline sa navzájom priťahujú, čo vedie k povrchovému napätiu a schopnosti vytvárať kvapky.
- Viskozita: Kvapaliny majú mieru svojho odporu voči toku, ktorý sa môže značne líšiť v závislosti od typu kvapaliny. Napríklad voda má nízku viskozitu, zatiaľ čo med má vysokú viskozitu.
- Povrchové napätie: Kvapaliny majú vlastnosť nazývanú povrchové napätie, ktoré je výsledkom kohéznych síl medzi časticami na povrchu kvapaliny. Táto vlastnosť je dôležitá v mnohých procesoch, ako je napríklad kapilárna činnosť.
- Vyparovanie: Kvapaliny sa môžu zmeniť na plynnú fázu procesom nazývaným vyparovanie, ktorý vyžaduje energiu na prerušenie väzieb medzi časticami.
Rozdiely medzi kvapalinami a pevnými látkami
Zatiaľ čo kvapaliny a pevné látky sa považujú za kondenzované fázy hmoty, existujú medzi nimi výrazné rozdiely:
- Tvar: Pevné látky majú pevný tvar, zatiaľ čo kvapaliny nadobúdajú tvar svojej nádoby.
- Častice: Častice v pevnej látke sú usporiadané v pevnom vzore, zatiaľ čo častice v kvapaline sa môžu voľne pohybovať okolo seba.
- Objem: Pevné látky majú pevný objem, zatiaľ čo kvapaliny majú určitý objem, ale môžu meniť tvar.
- Súdržnosť: Súdržné sily sú silnejšie v pevných látkach ako v kvapalinách, čo vedie k vyššiemu povrchovému napätiu.
Dôležitosť pochopenia vlastností kvapalín
Pochopenie vlastností kvapalín je dôležité v mnohých oblastiach, vrátane:
- Chémia: Na opísanie správania zlúčenín a na meranie ich fyzikálnych a chemických zmien je potrebné poznať vlastnosti kvapalín.
- Fyzika: Štúdium kvapalín je dôležité pre pochopenie správania tekutín, ktoré je kľúčové v mnohých oblastiach fyziky.
- Veda o Zemi: Vlastnosti kvapalín sú dôležité pre pochopenie správania sa vody na Zemi, vrátane jej úlohy vo vodnom cykle a jej vplyvu na životné prostredie.
Meranie vlastností kvapalín
Existuje mnoho spôsobov, ako merať vlastnosti kvapalín, vrátane:
- Viskozita: Odpor proti prúdeniu možno merať pomocou viskozimetra.
- Povrchové napätie: Povrchové napätie kvapaliny možno merať pomocou tenzometra.
- Hustota: Hmotnosť na jednotku objemu kvapaliny sa môže merať pomocou hustomera.
- Bod varu: Teplotu, pri ktorej sa kvapalina mení na plynnú fázu, možno merať teplomerom.
Budúcnosť výskumu kvapalín
O tekutinách je stále čo učiť a výskum v tejto oblasti pokračuje. Niektoré kľúčové oblasti zamerania zahŕňajú:
- Komplexné kvapaliny: Kvapaliny, ktoré majú zložitejšiu štruktúru ako jednoduché kvapaliny, ako sú polyméry a tekuté kryštály.
- Kvapaliny pod vysokým tlakom: Kvapaliny, ktoré sú vystavené vysokému tlaku, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú hlboko v Zemi.
- Horúce kvapaliny: Kvapaliny, ktoré sa zohrievajú na vysoké teploty, ako sú tie, ktoré sa používajú v priemyselných procesoch.
Zmena stavov: záležitosť fáz
Topenie je prechod z tuhej fázy do kvapalnej fázy. Tu je niekoľko vecí, ktoré treba mať na pamäti:
- Keď sa pevná látka zahreje, jej molekuly začnú vibrovať rýchlejšie a rýchlejšie.
- V určitom bode majú molekuly dostatok energie na to, aby sa uvoľnili zo svojich pevných pozícií a začali sa pohybovať.
- Vtedy sa tuhá látka začne topiť a stáva sa z nej kvapalina.
Od kvapaliny po tuhú: Zmrazenie
Mrazenie je opakom topenia. Je to prechod z kvapalnej fázy do tuhej fázy. Tu je niekoľko vecí, ktoré treba mať na pamäti:
- Keď sa kvapalina ochladí, jej molekuly sa začnú pohybovať čoraz pomalšie.
- V určitom bode molekuly stratia dostatok energie na pohyb a začnú sa usadzovať do pevných pozícií.
- To je, keď kvapalina začne mrznúť a stáva sa pevnou látkou.
Od kvapaliny k plynu: odparovanie
Vyparovanie je prechod z kvapalnej fázy do plynnej fázy. Tu je niekoľko vecí, ktoré treba mať na pamäti:
- Keď sa kvapalina zahreje, jej molekuly sa začnú pohybovať rýchlejšie a rýchlejšie.
- V určitom bode majú molekuly dostatok energie na to, aby sa uvoľnili z povrchu kvapaliny a stali sa plynom.
- Vtedy sa kvapalina začne vyparovať a stane sa z nej plyn.
Od plynu po kvapalinu: Kondenzácia
Kondenzácia je opakom vyparovania. Je to prechod z plynnej fázy do kvapalnej fázy. Tu je niekoľko vecí, ktoré treba mať na pamäti:
- Keď sa plyn ochladí, jeho molekuly sa začnú pohybovať čoraz pomalšie.
- V určitom bode molekuly stratia dostatok energie, aby zostali pohromade a začali vytvárať kvapalinu.
- Vtedy plyn začína kondenzovať a stáva sa z neho kvapalina.
Zmena stavu hmoty je fascinujúci proces, ktorý sa deje všade okolo nás. Či už je to topiaci sa ľad vo vašom nápoji alebo para stúpajúca z vašej rannej kávy, pochopenie fáz hmoty nám môže pomôcť oceniť svet úplne novým spôsobom.
Lepkavá povaha vody: Súdržnosť a priľnavosť
Súdržnosť a priľnavosť súvisia s povrchovým napätím kvapalín. Povrchové napätie je sila, ktorá spôsobuje, že sa povrch kvapaliny zmršťuje a vytvára tvar, ktorý minimalizuje povrchovú plochu. Súdržnosť je zodpovedná za povrchové napätie vody, zatiaľ čo priľnavosť umožňuje vode priľnúť k iným povrchom.
Príklady súdržnosti a adhézie v akcii
Tu je niekoľko príkladov súdržnosti a adhézie v každodennom živote:
- Kvapôčka vody na lesklom povrchu vytvára takmer guľový tvar v dôsledku kohéznych síl medzi molekulami vody.
- Voda v nádobe môže spôsobiť navlhčenie nádoby v dôsledku priľnavosti.
- Kapilárne pôsobenie, ktoré umožňuje vode prechádzať úzkymi rúrkami, je výsledkom súdržnosti a priľnavosti.
- Meniskus, zakrivený povrch kvapaliny v nádobe, je spôsobený rovnováhou medzi kohéznymi a adhéznymi silami.
Účinky súdržnosti a adhézie
Sila kohéznych a adhéznych síl závisí od typu kvapaliny a povrchu, s ktorým je v kontakte. Tu sú niektoré účinky súdržnosti a adhézie:
- Vodné guľôčky na voskovanom povrchu, pretože kohézne sily medzi molekulami vody sú väčšie ako adhézne sily medzi vodou a voskom.
- Farba má tendenciu sa vyrovnávať na povrchu skla, pretože adhézne sily medzi farbou a sklom sú väčšie ako súdržné sily medzi molekulami farby.
- Ortuť tvorí konkávny meniskus vo vnútri úzkej sklenenej trubice, pretože adhézne sily medzi ortuťou a sklom sú väčšie ako kohézne sily medzi molekulami ortuti.
- Mydlové bubliny majú tendenciu vytvárať guľôčky kvôli rovnováhe medzi kohéznymi a adhéznymi silami.
Súdržnosť a priľnavosť sú fascinujúce vlastnosti kvapalín, ktoré im umožňujú vytvárať rôzne tvary a interagovať s inými predmetmi. Pochopenie týchto vlastností nám môže pomôcť šetriť vodu a efektívnejšie ju využívať v každodennom živote.
Lepkavý biznis viskozity
Viskozita je termín používaný vo fyzike a fyzikálnej chémii na opis odporu kvapaliny voči prúdeniu. Je to miera vnútorného trenia kvapaliny a je ovplyvnená faktormi, ako je teplota, tlak a veľkosť a tvar molekúl, ktoré tvoria kvapalinu.
Ako sa meria viskozita?
Viskozita sa zvyčajne meria pomocou zariadenia nazývaného viskozimeter, ktorý meria čas potrebný na to, aby kvapalina pretiekla cez úzku trubicu alebo kanál. Viskozita kvapaliny sa vyjadruje v jednotkách poise alebo centipoise, pričom jedna poise sa rovná jednej dyne-sekunde na štvorcový centimeter.
Aké sú niektoré problémy spojené s viskozitou?
Zatiaľ čo viskozita je dôležitou vlastnosťou kvapalín, v určitých situáciách môže spôsobiť problémy. Napríklad vysoká viskozita môže sťažiť čerpanie kvapalín cez potrubia, zatiaľ čo nízka viskozita môže viesť k úniku a iným problémom.
Zdroje pre ďalšiu diskusiu
Ak máte záujem dozvedieť sa viac o viskozite a jej úlohe v správaní kvapalín, existuje veľa zdrojov dostupných online aj v tlačenej podobe. Niektoré užitočné zdroje informácií zahŕňajú:
- Učebnice fyzikálnej chémie a fyziky kondenzovaných látok
- Vedecké časopisy, ako napríklad Physical Review Letters a Journal of Chemical Physics
- Online fóra a diskusné fóra pre vedcov a výskumníkov
- Webové stránky a blogy venované štúdiu kvapalín a ich vlastností
Odparovanie: Veda za transformáciou kvapaliny na paru
Vyparovanie je proces, pri ktorom sa kvapalina mení na plynné skupenstvo. Vzniká vtedy, keď molekuly v kvapaline získajú dostatok kinetickej energie, aby unikli silám, ktoré ich držia pohromade. Energia potrebná na tento proces sa nazýva teplo a môže sa poskytnúť vo forme slnečného žiarenia, varenia alebo akéhokoľvek iného zdroja tepla. Keď sa kvapalina zahrieva, jej molekuly sa pohybujú rýchlejšie a zvyšuje sa šanca, že bude mať dostatok energie na únik z kvapalnej fázy.
Úloha teploty a tlaku
Teplota a tlak okolia zohrávajú významnú úlohu v procese odparovania. Keď je teplota vyššia, molekuly v kvapaline majú väčšiu kinetickú energiu a je pre nich ľahšie uniknúť z kvapalnej fázy. Na druhej strane, keď je tlak nižší, molekuly majú viac priestoru na pohyb a je pre nich ľahšie uniknúť z kvapalnej fázy.
Vyparovanie vs. odparovanie
Odparovanie sa často zamieňa s odparovaním, ale nie sú to isté. Vyparovanie je proces, pri ktorom sa kvapalina premieňa na plyn a môže k nemu dôjsť pri akejkoľvek teplote. Na druhej strane k odparovaniu dochádza iba na povrchu kvapaliny a iba vtedy, keď je kvapalina pod bodom varu.
Odparovanie v rôznych prostrediach
K odparovaniu môže dôjsť v akomkoľvek prostredí, ale rýchlejšie k nemu dochádza v teplejšom a suchšom prostredí. Tu je niekoľko konkrétnych príkladov:
- V horúcom a suchom podnebí dochádza k odparovaniu rýchlejšie ako v chladnom a vlhkom podnebí.
- Vo vyšších nadmorských výškach dochádza k odparovaniu rýchlejšie, pretože tlak vzduchu je nižší.
- K odparovaniu dochádza rýchlejšie v oblastiach so širokou distribúciou kyslíka vo vzduchu.
- Vyparovanie prebieha rýchlejšie v zatienených oblastiach, pretože tam je menej priameho slnečného žiarenia na ohrev kvapaliny.
Kondenzácia a kolobeh vody
Keď sa vodná para v atmosfére ochladí, nakoniec sa premení späť na kvapalinu prostredníctvom procesu nazývaného kondenzácia. Táto kvapalina potom môže spadnúť späť na zemský povrch ako zrážky, čím sa dokončí kolobeh vody.
Veda v pozadí volatility kvapalín
Prchavosť je tendencia látky vyparovať sa alebo vyparovať. Úzko súvisí s tlakom pár kvapaliny, ktorý je mierou tendencie látky unikať do plynnej fázy. Prchavosť kvapaliny závisí od mnohých faktorov vrátane veľkosti a tvaru jej jednotlivých molekúl, sily väzby medzi susednými atómami alebo časticami a energie potrebnej na prerušenie týchto väzieb a umožnenie premeny látky z kvapaliny. do plynu.
Význam tlaku pár
Tlak pár je mierou relatívneho stupňa prchavosti kvapaliny. Je to tlak, ktorým pôsobí para látky v uzavretej nádobe pri danej teplote. Čím vyšší je tlak pár, tým je kvapalina prchavejšia. Táto vlastnosť je dôležitá pri určovaní teploty varu kvapaliny, ako aj jej sklonu k odparovaniu.
Horľavosť a prchavosť
Horľavosť látky úzko súvisí s jej prchavosťou. Prchavé kvapaliny, ktoré majú nízky bod vzplanutia, čo je teplota, pri ktorej kvapalina uvoľňuje dostatok pár na vytvorenie zápalnej zmesi so vzduchom, sa považujú za vysoko horľavé. Preto je dôležité zaobchádzať s prchavými kvapalinami opatrne a v súlade s bezpečnostnými predpismi.
Priemyselné využitie prchavých kvapalín
Prchavé kvapaliny sa bežne používajú v priemyselných procesoch, ako sú:
- Rozpúšťadlá: používajú sa na rozpúšťanie iných látok pri výrobe rôznych produktov.
- Palivá: používajú sa ako zdroj energie v motoroch a iných strojoch.
- Čistiace prostriedky: používajú sa na čistenie a dezinfekciu povrchov v rôznych priemyselných odvetviach.
Na záver, prchavosť kvapalín je zložitý proces, ktorý závisí od množstva faktorov, vrátane vlastností jednotlivých molekúl, teploty a prítomnosti iných látok. Pochopenie vedy za nestálosťou je dôležité v mnohých odvetviach, od výroby až po výrobu energie.
záver
Takže taká je kvapalina. Kvapalina je stav hmoty na rozdiel od pevných látok, ktorý sa vyznačuje pevným objemom a tekutým tvarom a zahŕňa takmer všetko, čo okolo seba vidíme každý deň.
Bez pochopenia vlastností súdržnosti a adhézie nemôžete skutočne pochopiť kvapaliny a bez pochopenia molekúl a atómov ich nemôžete skutočne pochopiť. Dúfam teda, že vám táto príručka poskytla lepšie pochopenie toho, čo sú tekutiny.
Som Joost Nusselder, zakladateľ spoločnosti Tools Doctor, obchodník s obsahom a otec. Rád skúšam nové vybavenie a spolu s mojím tímom od roku 2016 vytváram podrobné blogové články, aby som pomohol verným čitateľom s nástrojmi a tipmi na tvorbu.
