Рідина — це стан речовини, який характеризується молекулами, які знаходяться досить близько одна до одної, щоб утворювати тимчасові зв’язки (адгезія) і рухатися одна навколо одної (текучість). Рідини мають певний об’єм і форму ємності. Здебільшого вони зустрічаються в природі.
Розглянемо кожну з них докладніше.
У цьому пості ми розглянемо:
Приклади рідин: більше, ніж просто вода
Коли ми говоримо про рідини, ми маємо на увазі агрегатний стан. На відміну від твердих тіл, які мають фіксовану форму та об’єм, і газів, які розширюються, заповнюючи будь-яку ємність, рідини мають фіксований об’єм, але приймають форму своєї ємності. Деякі властивості рідин включають:
- Майже нестисливі: рідини мають фіксований об’єм, що означає, що їх важко стиснути. Це пов’язано з тим, що молекули в рідині розташовані близько одна до одної і мають мало свободи руху.
- Щільність: Рідини характеризуються своєю щільністю, яка є масою на одиницю об’єму. На щільність рідини впливають температура і тиск, але для певного типу речовини щільність залишається постійною.
- Когезія та адгезія: Рідини мають властивість когезії, що означає, що молекули притягуються одна до одної. Вони також мають властивість адгезії, що означає, що вони притягуються до поверхні твердого тіла.
- В’язкість: Рідини мають певний опір течії, який відомий як в’язкість. На цю властивість впливає температура і хімічний склад рідини.
Приклади рідин
Коли ми думаємо про рідини, перше, що спадає на думку, як правило, це вода. Однак є багато інших прикладів рідин, зокрема:
- Рослинна олія: це звичайна кулінарна олія, яка не змішується з водою, тобто не змішується з водою.
- Спирт: це звичайна рідина, яка змішується з водою, тобто змішується з водою.
- Ртуть: це металевий елемент, який є рідким при кімнатній температурі. Він характеризується високою щільністю і зазвичай використовується в термометрах.
- Рубідій: це інший металевий елемент, який є рідким при підвищених температурах.
- Хімічні речовини. Існує багато хімічних речовин, які існують у рідкій формі, включно з такими, які в достатку поширені в нашому повсякденному житті, як-от бензин і засоби для чищення.
Рідини та їх властивості
Властивості рідин можуть призвести до деяких цікавих явищ. Наприклад:
- Рідини можуть змінювати форму: на відміну від твердих тіл, які мають фіксовану форму, рідини можуть приймати форму свого контейнера. Ця властивість пояснюється тим фактом, що молекули в рідині відносно вільно рухаються.
- Рідини наповнюють контейнери: хоча рідини не розширюються, щоб заповнити контейнер, як гази, вони заповнюють контейнер, у якому вони знаходяться. Це тому, що рідини мають фіксований об’єм.
- Рідини розсіюються на поверхні: коли рідина поміщається на поверхню, вона розсіюється, доки не досягне стану рівноваги. Це пояснюється властивостями когезії і адгезії.
Що робить рідини унікальними?
Рідини — це дивовижний стан матерії, який має властивості, які відрізняють їх від твердих тіл і газів. Ось деякі основні властивості рідин:
- Об’єм: Рідини мають певний об’єм, тобто вони займають певну кількість місця.
- Форма: Рідини приймають форму свого контейнера через незбалансовані сили між їхніми частинками.
- Сили когезії: молекули в рідині притягуються одна до одної, що призводить до поверхневого натягу та здатності утворювати краплі.
- В’язкість: Рідини мають міру опору течії, яка може сильно відрізнятися залежно від типу рідини. Наприклад, вода має низьку в’язкість, а мед – високу.
- Поверхневий натяг: Рідини мають властивість, яка називається поверхневим натягом, яка є результатом сил когезії між частинками на поверхні рідини. Ця властивість важлива в багатьох процесах, наприклад у капілярній дії.
- Випаровування. Рідини можуть переходити в газову фазу за допомогою процесу, що називається випаровуванням, який потребує енергії, щоб розірвати зв’язки між частинками.
Відмінності між рідинами та твердими речовинами
Хоча і рідини, і тверді речовини вважаються конденсованими фазами речовини, між ними є чіткі відмінності:
- Форма: тверді тіла мають фіксовану форму, тоді як рідини мають форму свого контейнера.
- Частинки: частинки в твердому тілі розташовані за фіксованою схемою, тоді як частинки в рідині вільно рухаються одна навколо одної.
- Об’єм: тверді речовини мають фіксований об’єм, тоді як рідини мають певний об’єм, але можуть змінювати форму.
- Когезія: сили когезії сильніші в твердих тілах, ніж у рідинах, що призводить до вищого поверхневого натягу.
Важливість розуміння властивостей рідини
Розуміння властивостей рідин є важливим у багатьох сферах, зокрема:
- Хімія: щоб описати поведінку сполук і виміряти їхні фізичні та хімічні зміни, необхідно знати властивості рідин.
- Фізика. Вивчення рідин є важливим для розуміння поведінки рідин, що є ключовим у багатьох галузях фізики.
- Наука про Землю: властивості рідин є важливими для розуміння поведінки води на Землі, включаючи її роль у кругообігу води та вплив на навколишнє середовище.
Вимірювання властивостей рідини
Існує багато способів вимірювання властивостей рідин, зокрема:
- В'язкість: опір течії можна виміряти за допомогою віскозиметра.
- Поверхневий натяг: поверхневий натяг рідини можна виміряти за допомогою тензіометра.
- Щільність: масу одиниці об’єму рідини можна виміряти за допомогою ареометра.
- Точка кипіння: температуру, при якій рідина переходить у газову фазу, можна виміряти за допомогою термометра.
Майбутнє дослідження рідин
Ще багато чого потрібно дізнатися про рідини, і дослідження в цій галузі тривають. Деякі ключові сфери уваги включають:
- Складні рідини: рідини зі складнішою структурою, ніж прості рідини, наприклад полімери та рідкі кристали.
- Рідини під високим тиском: рідини, які піддаються високому тиску, наприклад ті, що знаходяться в глибині Землі.
- Гарячі рідини: рідини, які нагріваються до високих температур, наприклад ті, що використовуються в промислових процесах.
Зміна станів: це питання фаз
Плавлення — перехід твердої фази в рідку. Ось деякі речі, про які слід пам’ятати:
- Коли тверде тіло нагрівається, його молекули починають коливатися все швидше і швидше.
- У певний момент молекули мають достатньо енергії, щоб вирватися зі своїх фіксованих положень і почати рухатися.
- Це коли тверда речовина починає плавитися і стає рідиною.
Від рідкого до твердого: заморожування
Замерзання протилежне плавленню. Це перехід від рідкої фази до твердої. Ось деякі речі, про які слід пам’ятати:
- Коли рідина охолоджується, її молекули починають рухатися все повільніше.
- У певний момент молекули втрачають достатньо енергії, щоб рухатися навколо, і починають осідати у фіксованих положеннях.
- Це коли рідина починає замерзати і стає твердою.
Від рідини до газу: випаровування
Випаровування - це перехід рідкої фази в газову. Ось деякі речі, про які слід пам’ятати:
- При нагріванні рідини її молекули починають рухатися все швидше і швидше.
- У певний момент молекули мають достатньо енергії, щоб звільнитися від поверхні рідини і стати газом.
- Це коли рідина починає випаровуватися і стає газом.
Від газу до рідини: конденсація
Конденсація протилежна випаровуванню. Це перехід від газової фази до рідкої. Ось деякі речі, про які слід пам’ятати:
- Коли газ охолоджується, його молекули починають рухатися все повільніше.
- У певний момент молекули втрачають достатньо енергії, щоб залишитися разом і почати утворювати рідину.
- Це коли газ починає конденсуватися і стає рідиною.
Зміна станів матерії - це захоплюючий процес, який відбувається навколо нас. Незалежно від того, чи то лід, що тане у вашому напої, чи пара, що піднімається від ранкової кави, розуміння фаз матерії може допомогти нам оцінити світ зовсім по-новому.
Липка природа води: когезія та адгезія
Когезія і адгезія пов'язані з поверхневим натягом рідин. Поверхневий натяг — це сила, яка змушує поверхню рідини стискатися й утворювати форму, яка мінімізує площу поверхні. Когезія відповідає за поверхневий натяг води, тоді як адгезія дозволяє воді прилипати до інших поверхонь.
Приклади когезії та адгезії в дії
Ось кілька прикладів згуртованості та зчеплення у повсякденному житті:
- Крапля води на блискучій поверхні утворює майже сферичну форму завдяки силам когезії між молекулами води.
- Вода в контейнері може призвести до намокання контейнера через прилипання.
- Капілярна дія, яка дозволяє воді рухатися через вузькі трубки, є результатом як когезії, так і адгезії.
- Меніск, вигнута поверхня рідини в ємності, спричинений балансом між когезійними та адгезійними силами.
Вплив когезії та адгезії
Сила когезійних і адгезійних сил залежить від типу рідини і поверхні, з якою вона контактує. Ось деякі ефекти когезії та адгезії:
- Водні кульки піднімаються на вощену поверхню, тому що сили зчеплення між молекулами води більші, ніж сили зчеплення між водою та воском.
- Фарба має тенденцію вирівнюватись на скляній поверхні, оскільки сили зчеплення між фарбою та склом перевищують сили зчеплення між молекулами фарби.
- Ртуть утворює увігнутий меніск у вузькій скляній трубці, тому що сили зчеплення між ртуттю та склом більші, ніж сили зчеплення між молекулами ртуті.
- Мильні бульбашки мають тенденцію утворювати сфери через баланс між силами зчеплення та адгезії.
Когезія та адгезія — це дивовижні властивості рідин, які дозволяють їм утворювати різні форми та взаємодіяти з іншими об’єктами. Розуміння цих властивостей може допомогти нам економити воду та використовувати її більш ефективно у повсякденному житті.
Липкий бізнес в'язкості
В’язкість — це термін, який використовується у фізиці та фізичній хімії для опису опору рідини течії. Це міра внутрішнього тертя рідини, на яку впливають такі фактори, як температура, тиск, а також розмір і форма молекул, з яких складається рідина.
Як вимірюється в'язкість?
Зазвичай в’язкість вимірюється за допомогою приладу під назвою віскозиметр, який вимірює час, необхідний для протікання рідини через вузьку трубку або канал. В'язкість рідини виражається в одиницях пуаз або сантипуаз, де один пуаз дорівнює одній дин-секунди на квадратний сантиметр.
Які деякі проблеми пов'язані з в'язкістю?
Хоча в’язкість є важливою властивістю рідин, вона також може викликати проблеми в певних ситуаціях. Наприклад, висока в’язкість може ускладнити перекачування рідин через трубопроводи, тоді як низька в’язкість може призвести до витоку та інших проблем.
Ресурси для подальшого обговорення
Якщо вам цікаво дізнатися більше про в’язкість та її роль у поведінці рідин, є багато ресурсів, доступних в Інтернеті та в друкованому вигляді. Серед корисних джерел інформації:
- Підручники з фізичної хімії та фізики конденсованих систем
- Наукові журнали, такі як Physical Review Letters і Journal of Chemical Physics
- Онлайн-форуми та дискусійні дошки для вчених і дослідників
- Веб-сайти та блоги, присвячені вивченню рідин та їхніх властивостей
Випаровування: наука про перетворення рідини в пару
Випаровування — це процес переходу рідини в газоподібний стан. Це відбувається, коли молекули в рідині набувають достатньо кінетичної енергії, щоб уникнути сил, які утримують їх разом. Енергія, необхідна для цього процесу, називається теплом, і вона може надходити у вигляді сонячного світла, приготування їжі або будь-якого іншого джерела тепла. Коли рідина нагрівається, її молекули рухаються швидше, і ймовірність мати достатньо енергії, щоб вийти з рідкої фази, зростає.
Роль температури і тиску
Температура і тиск навколишнього середовища відіграють значну роль у процесі випаровування. Коли температура вища, молекули в рідині мають більшу кінетичну енергію, і їм стає легше вийти з рідкої фази. З іншого боку, коли тиск нижчий, молекули мають більше простору для переміщення, і їм стає легше вийти з рідкої фази.
Випаровування проти випаровування
Випаровування часто плутають з випаровуванням, але це не одне й те саме. Пароутворення - це процес, за допомогою якого рідина перетворюється на газ, і це може відбуватися за будь-якої температури. З іншого боку, випаровування відбувається лише на поверхні рідини і лише тоді, коли рідина нижче температури кипіння.
Випаровування в різних середовищах
Випаровування може відбуватися в будь-якому середовищі, але це відбувається швидше в більш теплих і сухих середовищах. Ось кілька конкретних прикладів:
- Випаровування відбувається швидше в жаркому та сухому кліматі, ніж у холодному та вологому кліматі.
- Випаровування відбувається швидше на великих висотах, оскільки тиск повітря нижчий.
- Випаровування відбувається швидше в областях із широким розподілом кисню в повітрі.
- Випаровування відбувається швидше в затінених місцях, оскільки там менше прямого сонячного світла для нагрівання рідини.
Конденсація і кругообіг води
Коли водяна пара в атмосфері охолоджується, вона зрештою знову перетворюється на рідину за допомогою процесу, який називається конденсацією. Потім ця рідина може випасти назад на поверхню Землі у вигляді опадів, завершуючи кругообіг води.
Наука про летючість рідин
Летючість - це схильність речовини до випаровування або випаровування. Він тісно пов’язаний з тиском пари рідини, який є мірою схильності речовини виходити в газову фазу. Летючість рідини залежить від низки факторів, включаючи розмір і форму її окремих молекул, силу зв’язку між сусідніми атомами або частинками та енергію, необхідну для розриву цих зв’язків і дозволу речовині перетворитися з рідини до газу.
Важливість тиску пари
Тиск пари є мірою відносного ступеня леткості рідини. Це тиск, який чинить пара речовини в закритій ємності при заданій температурі. Чим вищий тиск пари, тим більш летюча рідина. Ця властивість важлива для визначення температури кипіння рідини, а також її схильності до випаровування.
Займистість і летючість
Займистість речовини тісно пов'язана з її леткістю. Леткі рідини з низькою температурою спалаху, тобто температурою, за якої рідина виділяє достатню кількість пари для утворення легкозаймистої суміші з повітрям, вважаються легкозаймистими. Ось чому важливо поводитися з леткими рідинами обережно та відповідно до правил безпеки.
Промислове використання летких рідин
Летючі рідини зазвичай використовуються в промислових процесах, таких як:
- Розчинники: використовуються для розчинення інших речовин у виробництві різних продуктів.
- Паливо: використовується як джерело енергії в двигунах та інших механізмах.
- Чистячі засоби: використовуються для очищення та дезінфекції поверхонь у різних галузях промисловості.
Підсумовуючи, леткість рідин є складним процесом, який залежить від ряду факторів, включаючи властивості окремих молекул, температуру та присутність інших речовин. Розуміння науки, що лежить в основі нестабільності, важливо в багатьох галузях промисловості, від виробництва до виробництва енергії.
Висновок
Отже, ось що таке рідина. Рідина – це стан речовини, який відрізняється від твердих тіл, характеризується фіксованим об’ємом і рідкою формою, і включає майже все, що ми бачимо навколо нас щодня.
Ви не можете по-справжньому зрозуміти рідини, не розуміючи властивостей когезії та адгезії, і ви не можете зрозуміти їх, не розуміючи молекул і атомів. Отже, я сподіваюся, що цей посібник дав вам краще розуміння того, що таке рідини.
Я Йост Нуссельдер, засновник Tools Doctor, контент-маркетолог і тато. Я люблю випробовувати нове обладнання, і разом зі своєю командою я створюю детальні статті в блозі з 2016 року, щоб допомогти лояльним читачам інструментами та порадами щодо виготовлення.
