U svakodnevnom životu stalno se susrećemo sa tri agregatna stanja - tečno, gasovito i čvrsto. Imamo prilično jasnu ideju o tome šta su čvrste materije i gasovi. Gas je skup molekula koji se nasumično kreću u svim smjerovima. Svi molekuli čvrstog tijela održavaju svoj međusobni raspored. Oni samo lagano osciliraju.
Karakteristike tečne supstance
A šta su tečne supstance? Njihova glavna karakteristika je da, zauzimajući međupoložaj između kristala i gasova, kombinuju određena svojstva ova dva stanja. Na primjer, za tekućine, kao i za čvrsta (kristalna) tijela, karakteristično je prisustvo volumena. Međutim, u isto vrijeme, tekuće tvari, poput plinova, poprimaju oblik posude u kojoj se nalaze. Mnogi od nas vjeruju da nemaju svoju formu. Međutim, nije. Prirodni oblik bilo koje tečnosti -lopta. Gravitacija ga obično sprečava da poprimi ovaj oblik, tako da tečnost ili poprima oblik posude ili se tanko širi po površini.
U pogledu svojih svojstava, tečno stanje supstance je posebno složeno, zbog njenog srednjeg položaja. Počeo je da se proučava još od Arhimedovog vremena (prije 2200 godina). Međutim, analiza ponašanja molekula tečne supstance i dalje je jedno od najtežih oblasti primenjene nauke. Još uvijek ne postoji općeprihvaćena i potpuno potpuna teorija tekućina. Međutim, o njihovom ponašanju možemo reći nešto sasvim sigurno.
Ponašanje molekula u tečnosti
Tečnost je nešto što može da teče. Poredak kratkog dometa se posmatra u rasporedu njegovih čestica. To znači da je lokacija najbližih susjeda, s obzirom na bilo koju česticu, uređena. Međutim, kako se ona udaljava od drugih, njena pozicija u odnosu na njih postaje sve manje uređena, a onda red potpuno nestaje. Tečne tvari se sastoje od molekula koji se kreću mnogo slobodnije nego u čvrstim tvarima (a još slobodnije u plinovima). Određeno vrijeme svaki od njih juri prvo u jednom smjeru, a zatim u drugom, ne odmičući se od svojih susjeda. Međutim, tečni molekul s vremena na vrijeme izbije iz okoline. Na novo mjesto dolazi prelaskom na drugo mjesto. Ovdje opet, određeno vrijeme, ona pravi pokrete poput njihanja.
Y. I. Frenkelov doprinos proučavanju tečnosti
I. I. Frenkel, sovjetski naučnik, ima velike zasluge u razvoju nizaproblemi na temu kao što su tečne supstance. Hemija je uveliko napredovala zahvaljujući njegovim otkrićima. On je smatrao da toplotno kretanje u tečnostima ima sledeći karakter. Za određeno vrijeme svaki molekul oscilira oko ravnotežnog položaja. Međutim, s vremena na vrijeme mijenja svoje mjesto, naglo se pomjerajući u novi položaj, koji je od prethodnog odvojen razdaljinom koja je približno veličine samog ovog molekula. Drugim riječima, unutar tečnosti, molekuli se kreću, ali sporo. Neko vrijeme borave u blizini određenih mjesta. Posljedično, njihovo kretanje je nešto poput mješavine kretanja u plinu i u čvrstom tijelu. Fluktuacije na jednom mjestu nakon nekog vremena zamjenjuju se slobodnim prijelazom s mjesta na mjesto.
Pritisak u tečnosti
Neka svojstva tečne materije su nam poznata zbog stalne interakcije sa njima. Dakle, iz iskustva svakodnevnog života znamo da na površinu čvrstih tijela koja dolaze u dodir s njom djeluje određenim silama. Zovu se sile pritiska fluida.
Na primjer, kada prstom otvorimo slavinu za vodu i otvorimo vodu, osjetimo kako ona pritiska prst. A plivač koji je zaronio na velike dubine ne doživi slučajno bol u ušima. To se objašnjava činjenicom da sile pritiska djeluju na bubnu opnu. Voda je tečna supstanca, tako da ima sva svoja svojstva. Za mjerenje temperature vode na dubini mora, vrlo jakatermometri tako da se ne mogu smrskati pritiskom tečnosti.
Ovaj pritisak je posledica kompresije, odnosno promene zapremine tečnosti. Ima elastičnost u odnosu na ovu promjenu. Sile pritiska su sile elastičnosti. Stoga, ako tekućina djeluje na tijela koja su s njom u kontaktu, tada se ona sabija. Pošto se gustina supstance povećava tokom kompresije, možemo pretpostaviti da tečnosti imaju elastičnost u odnosu na promenu gustine.
Evaporacija
Nastavljajući da razmatramo svojstva tečne supstance, prelazimo na isparavanje. U blizini njegove površine, kao i direktno u površinskom sloju, djeluju sile koje osiguravaju samo postojanje ovog sloja. Oni ne dozvoljavaju molekulima u njemu da napuste zapreminu tečnosti. Međutim, zbog toplinskog kretanja, neki od njih razvijaju prilično velike brzine, uz pomoć kojih postaje moguće savladati te sile i napustiti tekućinu. Ovu pojavu nazivamo isparavanjem. Može se primijetiti na bilo kojoj temperaturi zraka, međutim, s njenim porastom, povećava se intenzitet isparavanja.
Kondenzacija
Ako se molekuli koji su napustili tečnost uklone iz prostora blizu njene površine, onda sve to na kraju ispari. Ako se molekuli koji su ga ostavili ne uklone, formiraju paru. Molekuli pare koji su pali u područje blizu površine tečnosti uvlače se u njega silama privlačenja. Ovaj proces se zove kondenzacija.
Dakle,ako se molekuli ne uklone, brzina isparavanja se smanjuje tokom vremena. Ako se gustina pare dalje povećava, dolazi se do situacije u kojoj će broj molekula koji napuštaju tekućinu u određenom vremenu biti jednak broju molekula koji se u nju vraćaju u isto vrijeme. Ovo stvara stanje dinamičke ravnoteže. Para u njemu naziva se zasićena. Njegov pritisak i gustina rastu sa porastom temperature. Što je veći, to veći broj molekula tečnosti ima dovoljno energije za isparavanje i veća gustina pare mora biti da bi kondenzacija bila jednaka isparavanju.
Krenje
Kada se u procesu zagrevanja tečnih materija dostigne temperatura na kojoj zasićene pare imaju isti pritisak kao spoljna sredina, uspostavlja se ravnoteža između zasićene pare i tečnosti. Ako tečnost daje dodatnu količinu toplote, odgovarajuća masa tečnosti se odmah pretvara u paru. Ovaj proces se zove ključanje.
Krenje je intenzivno isparavanje tečnosti. Ne javlja se samo na površini, već se odnosi na čitav njen volumen. Unutar tečnosti se pojavljuju mjehurići pare. Da bi iz tečnosti prešli u paru, molekuli treba da steknu energiju. Potrebno je da se savladaju privlačne sile koje ih drže u tečnosti.
Tačka ključanja
Tačka ključanja je ona na kojojpostoji jednakost dva pritiska - spoljašnjeg i zasićenog para. Povećava se kako pritisak raste i opada kako se smanjuje. Zbog činjenice da se pritisak u tečnosti menja sa visinom stuba, ključanje u njemu se dešava na različitim nivoima pri različitim temperaturama. Samo zasićena para, koja se nalazi iznad površine tečnosti tokom procesa ključanja, ima određenu temperaturu. Određuje se samo vanjskim pritiskom. Na to mislimo kada govorimo o tački ključanja. Razlikuje se za različite tečnosti, što se široko koristi u inženjerstvu, posebno kod destilacije naftnih derivata.
Latentna toplota isparavanja je količina toplote potrebna da se izotermički definisana količina tečnosti pretvori u paru ako je spoljni pritisak isti kao pritisak zasićene pare.
Svojstva tečnih filmova
Svi znamo kako dobiti pjenu otapanjem sapuna u vodi. Ovo nije ništa drugo do mnogo mjehurića, koji su ograničeni najtanjim filmom koji se sastoji od tekućine. Međutim, od tečnosti koja se pjeni može se dobiti i poseban film. Njegova svojstva su vrlo interesantna. Ovi filmovi mogu biti vrlo tanki: njihova debljina u najtanjim dijelovima ne prelazi stohiljaditi dio milimetra. Međutim, oni su ponekad vrlo stabilni, uprkos tome. Film sapuna može biti podvrgnut deformaciji i rastezanju, mlaz vode može proći kroz njega bez da ga uništi. Kako objasniti takvu stabilnost? Da bi se pojavio film, potrebno je u čistu tekućinu dodati tvari koje se u njemu otapaju. Ali ne bilo koji, nego takav,koji značajno smanjuju površinsku napetost.
Tečni filmovi u prirodi i tehnologiji
U tehnologiji i prirodi uglavnom se ne susrećemo sa pojedinačnim filmovima, već sa pjenom, koja je njihova kombinacija. Često se može primijetiti u potocima, gdje mali potoci padaju u mirnu vodu. Sposobnost vode da se pjeni u ovom slučaju povezana je s prisustvom organske tvari u njoj, koju izlučuje korijenje biljaka. Ovo je primjer kako se prirodne tekuće tvari pjene. Ali šta je sa tehnologijom? Prilikom izgradnje, na primjer, koriste se posebni materijali koji imaju ćelijsku strukturu koja podsjeća na pjenu. Lagani su, jeftini, dovoljno jaki, slabo provode zvuk i toplinu. Da bi se oni dobili, posebnim rastvorima se dodaju sredstva za pjenjenje.
Zaključak
Dakle, naučili smo koje su supstance tečne, otkrili da je tečnost srednje stanje materije između gasovitog i čvrstog. Stoga ima svojstva karakteristična za oba. Tečni kristali, koji se danas široko koriste u tehnologiji i industriji (na primjer, displeji s tekućim kristalima) su najbolji primjer ovog stanja materije. Kombinuju svojstva čvrstih materija i tečnosti. Teško je zamisliti kakve će tečne supstance nauka izumiti u budućnosti. Međutim, jasno je da postoji veliki potencijal u ovom stanju materije koji se može iskoristiti za dobrobit čovječanstva.
Poseban interes za razmatranje fizičkih i hemijskih procesa koji se dešavajuu tečnom stanju, zbog činjenice da se sama osoba sastoji od 90% vode, koja je najčešća tečnost na Zemlji. U njemu se odvijaju svi vitalni procesi kako u biljnom tako i u životinjskom svijetu. Stoga je za sve nas važno da proučavamo tečno stanje materije.
