Перечислите основные свойства жидкостей: Свойства жидкостей.

Содержание

Свойства жидкостей.


Мы уже знаем, что жидкости имеют фиксированный объем и принимают форму того сосуда, в котором они находятся. Мы знаем также, что плотности жидкостей намного больше, чем у газов. В общем случае плотности жидкостей имеют значения, подобные плотностям твердых веществ. Сжимаемость жидкостей очень невелика, поскольку между частицами жидкости остается совсем немного свободного пространства.

Свободно падающая капля воды. Ее сферическая форма обусловлена поверхностным натяжением.


Нам предстоит рассмотреть еще три других важных свойства жидкостей. Все эти свойства можно объяснить на основе представлений кинетической теории жидкостей.

Текучесть и вязкость. Подобно газам жидкости могут течь, и это их свойство называется текучестью. Сопротивляемость течению называется вязкостью. На текучесть и вязкость влияет целый ряд факторов. Наиболее важными из них являются силы притяжения между молекулами жидкости, а также форма, структура и относительная молекулярная масса этих молекул. Текучесть жидкости, состоящей из больших молекул, ниже, чем у жидкости из малых молекул. Вязкость жидкостей приблизительно в 100 раз больше, чем у газов.

Поверхностное натяжение. На молекулу, находящуюся в глубине жидкости, со всех сторон равномерно действуют силы межмолекулярного притяжения. Однако на поверхности жидкости эти силы оказываются несбалансированными, и вследствие этого поверхностные молекулы испытывают действие результирующей силы, направленной внутрь жидкости. Поэтому поверхность жидкости оказывается в состоянии натяжения-она все время стремится сократиться. Поверхностное натяжение жидкости-это минимальная сила, необходимая, чтобы преодолеть устремление частиц жидкости внутрь и тем самым удержать поверхность жидкости от сокращения. Существованием поверхностного натяжения объясняется сферическая форма свободно падающих капель жидкости.

Диффузия. Так называется процесс, посредством которого вещество перераспределяется из области с высокой концентрацией или высоким давлением в область с меньшей концентрацией или меньшим давлением. Диффузия в жидкостях осуществляется гораздо медленнее, чем в газах, потому что частицы жидкости упакованы гораздо плотнее, чем частицы газа. Частица, диффундирующая в жидкости, подвергается частым столкновениям и поэтому подвигается с трудом. В газах между частицами много свободного пространства, и они могут перераспределяться значительно быстрее. Диффузия осуществляется между взаимно растворимыми, или смешивающимися, жидкостями. Она не происходит между несмешивающимися жидкостями. В отличие от жидкостей все газы смешиваются друг с другом и поэтому могут диффундировать один в другой.

 

 

Оглавление:


Свойства жидкостей. Основные физические свойства жидкости

Известно, что все, что окружает человека, включая его самого, — это тело, состоящее из субстанций. Они, в свою очередь, состоят из молекул, последние из атомов, и происходят из еще более мелких структур. Однако окружающее разнообразие настолько велико, что трудно даже представить какую-то общность. Это правда. Существуют миллионы соединений, каждое из которых уникально по свойствам, структуре и выполняемой роли. Всего выделяют несколько фазовых состояний, по которым могут быть связаны все вещества.

Агрегатные состояния веществ

Всего существует четыре варианта агрегатного состояния подключений.

  1. Газ.
  2. Твердые тела.
  3. Жидкости.
  4. Плазма — это сильно разреженный ионизированный газ.

В этой статье мы рассмотрим свойства жидкостей, их структурные характеристики и возможные параметры производительности.

Классификация жидких тел

Это разделение основано на свойствах жидкостей, их структуре и химической структуре, а также на типах взаимодействий между частицами, составляющими соединение.

  1. Такие жидкости, состоящие из атомов, удерживаемых вместе силами Ван-дер-Ваальса. Примеры — жидкие газы (аргон, метан и другие).
  2. Такие вещества, которые состоят из двух одинаковых атомов. Примеры: газ в сжиженном виде — водород, азот, кислород и другие.
  3. Жидкие металлы — это ртуть.
  4. Вещества, состоящие из элементов, связанных ковалентными полярными связями. Примеры: соляная кислота, йодоводород, сероводород и другие.
  5. Соединения, в которых присутствуют водородные связи. Примеры: вода, спирты, аммиак в растворе.

Также существуют особые структуры, такие как жидкие кристаллы, неньютоновские жидкости, которые обладают особыми свойствами.

Мы рассмотрим основные свойства жидкости, которые отличают ее от всех других агрегатных состояний. В первую очередь, это то, что принято называть физическими.

Свойства жидкостей: форма и объем

Всего можно выделить около 15 характеристик, которые дают возможность описать, какие вещества находятся в рассмотрении и какова их ценность, характеристики.

Самое первое физическое свойство жидкости, которое приходит на ум, когда говорят об этом агрегатном состоянии, — это способность изменять форму и занимать определенный объем. Так, например, если говорить о форме жидких веществ, принято считать ее отсутствующей. Однако это не так.

Под действием известной силы тяжести капли вещества претерпевают определенную деформацию, поэтому их форма нарушается и становится неопределенной. Однако, если вы поместите каплю в условиях, когда гравитация не действует или сильно ограничена, она примет идеальную форму шара. Поэтому, получив задание: «Назвать свойства жидкостей», человек, считающий себя достаточно сведущим в физике, должен упомянуть об этом факте.

Что касается объема, то здесь следует отметить общие свойства газов и жидкостей. И те, и другие способны занимать весь объем пространства, в котором они находятся, ограниченный только стенками корабля.

Вязкость

Физические свойства жидкости очень разные. Но единственный — это вязкость. Что это такое и как определяется? Основными параметрами, от которых зависит рассматриваемое значение, являются:

  • градиент скорости движения.
  • режущее усилие;

Зависимость этих величин линейная. Если объяснить более простыми словами, вязкость, как и объем, — это такие общие для жидкостей и газов свойства, которые предполагают неограниченное движение независимо от внешних воздействующих сил. То есть, если вода вытекает из корабля, она будет продолжать течь под любым воздействием (гравитация, трение и другие параметры).

В этом отличие от неньютоновских жидкостей, которые более вязкие и могут оставлять отверстия при движении, заполняясь со временем.

От чего будет зависеть этот показатель?

  1. От температуры. С повышением температуры вязкость одних жидкостей увеличивается, а других, наоборот, уменьшается. Это зависит от конкретного соединения и его химической структуры.
  2. От давления. Увеличение вызывает увеличение индекса вязкости.
  3. От химического состава вещества. Вязкость изменяется при наличии примесей и посторонних компонентов в пробе чистого вещества.

Теплоемкость

Этот термин определяет способность вещества поглощать определенное количество тепла, повышая его температуру на один градус Цельсия. Для этого показателя существует несколько составов. У одних теплоемкость больше, у других — меньше.

Так, например, вода — отличный аккумулятор тепла, что позволяет широко использовать ее для систем отопления, приготовления пищи и других нужд. В целом показатель теплоемкости строго индивидуален для каждой отдельной жидкости.

Поверхностное натяжение

Часто, получив задание: «Назвать свойства жидкостей», сразу запоминают поверхностное натяжение. Ведь детей с ними знакомят на уроках физики, химии и биологии. И каждый испытуемый со своей стороны объясняет этот важный параметр.

Классическое определение поверхностного натяжения следующее: это интерфейс. То есть в момент, когда жидкость заняла определенный объем, она граничит снаружи с газовой средой: воздухом, паром или каким-либо другим веществом. Следовательно, разделение фаз происходит в точке контакта.

В этом случае молекулы стремятся окружить себя как можно большим количеством частиц и, следовательно, как бы приводят к сжатию жидкости как целого. В результате поверхность выглядит удлиненной. Это свойство также может объяснить сферическую форму жидких капель в отсутствие силы тяжести. Действительно, именно такая форма идеальна с точки зрения энергии молекулы. Примеры:

  • капли жидкости в невесомости.
  • кипящая вода;
  • пузырь;

Некоторые насекомые приспособились «ходить» по поверхности воды именно благодаря поверхностному натяжению. Примеры: водяные ястребы, водяные жуки, некоторые личинки.

Текучесть

Есть общие свойства жидкостей и твердых тел. Один из них — плавность. Единственная разница в том, что для первых он неограничен. В чем суть этого параметра?

Если к жидкому телу приложить внешнее воздействие, оно разделится на части и отделит их друг от друга, то есть переполнится. В этом случае каждая часть снова заполнит весь объем сосуда. Для твердых тел это свойство ограничено и зависит от внешних условий.

Зависимость свойств от температуры

К ним относятся три параметра, характеризующие рассматриваемые нами вещества:

  • кипячение.
  • охлаждение;
  • перегрев;

Свойства перегрева и переохлаждения жидкостей напрямую связаны с критическими температурами кипения и замерзания (точки) соответственно. Перегретой называется жидкость, которая превысила порог критической точки нагрева при воздействии температуры, но не показала внешних признаков кипения.

Переохлажденной, соответственно, называют жидкость, перешедшую порог критической точки перехода в другую фазу под воздействием низких температур, но не ставшую твердой.

И в первом, и во втором случае есть условия для проявления таких свойств.

  1. Отсутствие механических воздействий на систему (движение, вибрация).
  2. Равномерная температура, без резких скачков и перепадов.

Интересным фактом является то, что если в перегретую жидкость (например, воду) бросить посторонний предмет, она мгновенно закипит. Его можно получить при нагревании под воздействием излучения (в микроволновой печи).

Сосуществование с другими фазами веществ

Есть два варианта этого параметра.

  1. Жидкость — это газ. Такие системы наиболее распространены, так как существуют в природе повсеместно. Испарение воды — часть естественного цикла. В этом случае образующийся пар существует одновременно с жидкой водой. Если говорить о замкнутой системе, там тоже происходит испарение. Просто пар очень быстро насыщается, и вся система в целом достигает равновесия: жидкость — насыщенный пар.
  2. Жидкость — твердая. Особенно на таких системах отмечается еще одно свойство — смачиваемость. Когда вода и твердое вещество взаимодействуют, последнее может быть полностью влажным, частично или полностью отталкивая воду. Есть соединения, которые растворяются в воде быстро и практически бесконечно. Есть такие, кто вообще на это не способен (некоторые металлы, алмазы и другие).

В целом, изучение взаимодействия жидкостей с соединениями в других агрегатных состояниях — это дисциплина гидроаэромеханики.

Сжимаемость

Основные свойства жидкости были бы неполными, если бы не упоминалась сжимаемость. Конечно, этот параметр больше характерен для газовых систем. Однако те, которые мы рассматриваем, также могут поддаться сжатию при определенных условиях.

Основное отличие — скорость процесса и его равномерность. Если газ можно сжимать быстро и при низком давлении, жидкости сжимаются неравномерно, в течение достаточно длительного времени и при специально выбранных условиях.

Испарение и конденсация жидкостей

Это два других свойства жидкости. Физика дает им следующие объяснения:

  1. Испарение — это процесс, характеризующий постепенный переход вещества из жидкого состояния в твердое агрегатное состояние. Это происходит под воздействием тепловых воздействий на систему. Молекулы начинают движение и, изменяя свою кристаллическую решетку, переходят в газообразное состояние. Процесс может продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар (для открытых систем). Или до установления равновесия (для закрытых сосудов).
  2. Конденсация — процесс, противоположный указанному выше. Здесь пар превращается в молекулы жидкости. Это происходит до тех пор, пока не установится равновесие или полный фазовый переход. Пар выбрасывает в жидкость больше частиц, чем в нее.

Типичными примерами этих двух процессов в природе являются испарение воды с поверхности Мирового океана, ее конденсация в верхних слоях атмосферы, а затем осадки.

Механические свойства жидкости

Эти свойства изучаются такой наукой, как гидромеханика. В частности — его раздел, теория механики жидкости и газа. К основным механическим параметрам, характеризующим агрегатное состояние рассматриваемых веществ, относятся:

  • вязкость.
  • конкретный вес;
  • плотность;

Под плотностью жидкого тела понимается его масса, которая содержится в единице объема. Этот показатель варьируется для разных соединений. По этому показателю уже есть экспериментально рассчитанные и измеренные данные, которые заносятся в специальные таблицы.

Удельным весом считается масса единицы объема жидкости. Этот показатель сильно зависит от температуры (при повышении его вес уменьшается).

Зачем изучать механические свойства жидкостей? Эти знания важны для понимания процессов, происходящих в природе в организме человека. Даже при создании технических средств, различных изделий. В конце концов, жидкие вещества — одна из самых распространенных агрегатных форм на нашей планете.

Неньютоновские жидкости и их свойства

Свойства газов, жидкостей, твердых тел являются объектом изучения в физике, а также в некоторых смежных дисциплинах. Однако, помимо традиционных жидких веществ, существуют еще так называемые неньютоновские вещества, которые также изучаются этой наукой. Что они собой представляют и почему получили такое название?

Чтобы понять, что такое такие соединения, приведем самые распространенные бытовые примеры:

  • раствор крахмала в воде и так далее.
  • «резинка для рук», или жевательная резинка для рук;
  • «слизь», в которую играют дети;
  • обычная строительная краска;

То есть это жидкости, вязкость которых подчиняется градиенту скорости. Чем быстрее удар, тем выше индекс вязкости. Поэтому при сильном ударе ручной резины о пол она превращается в полностью твердое вещество, которое может расколоться.

Если оставить его в покое, за считанные минуты он буквально растечется в липкую лужу. Неньютоновские жидкости — это уникальные по своим свойствам вещества, которые нашли применение не только в технических целях, но и в культурной и повседневной жизни.

Свойства жидкостей: физика

Все тела, которые окружают человека, состоят из различных веществ и имеют различные свойства и характеристики. Все объекты материального мира построены по единым правилам. Они состоят из атомов, молекул и иных мелких образований на микроуровне. Все соединения не имеют общих показателей, так как они исчисляются миллионами. Поэтому и свойства у них также различны. Все вещества имеют четыре основных агрегатных состояния:

  • газообразное;
  • твердое;
  • в виде жидкости;
  • в виде плазмы.

При рассмотрении жидкости необходимо понять, что они также обладают собственными свойствами, характеристиками, а также особенностями строения. При классификации различных жидкостей за основу взяты их основные свойства, структура и химическое строение. Также имеют принципиальное значение типы взаимодействия между различными частицами и их составляющими компонентами.

Рисунок 1. Главные свойства жидкостей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Выделяют ряд основных видов жидкостей. Среди них преобладают те, которые состоят из атомов, где основной сдерживающей силой является сила Ван-дер-Ваальса. Подобные жидкие газы можно разглядеть в метане, аргоне и некоторых других веществах. Подобные жидкости состоят из пары одинаковых атомов. Также выделяют вещества, которые состоят из связанных между собой ковалентных связей, а также те, где присутствуют элементы водородной связи. Также есть интересные варианты особенных структур жидкости. Они выражаются в виде:

  • жидких кристаллов;
  • неньютоновской жидкости.

Физические свойства жидкости

Рисунок 2. Физические свойства жидкостей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Готовые работы на аналогичную тему

Обычно выделяют физические свойства жидкости при рассмотрении характерных черт того или иного вещества. Они отличают их от определенного агрегатного состояния. В настоящее время выделяется достаточно большое количество основных характеристик. Они позволяют с большой степенью точности сделать описание рассматриваемых веществ.

Среди таких физических свойств жидкости выделяют:

  • маленькая возможность изменения собственного объема при изменении температуры и давления;
  • обладание свойством текучести.

Любая жидкость может легко менять свою форму и распределяться по определенному объему. Форма жидкости зависит от собственных характеристик и воздействия внешних факторов. Сила тяжести позволяет деформировать молекулы жидкости до определенного состояния. Их форма становится неопределенной. При помещении жидкости в такие условия, где силы притяжения ограничены или почти полностью отсутствуют, она примет совершенно новые определенные формы. Жидкости принимает форму идеального шара. Подобный эффект можно наблюдать на орбите Земли на борту Международной космической станции.

При рассмотрении объема жидкости общие признаки соответствия свойств можно разглядеть и у газов. Газы и жидкости могут занимать весь объем пространства, где они находятся в определенное время. Он может быть ограничен лишь стенками сосуда или помещения.

Вязкость

Рисунок 3. Вязкость жидкости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Одним из уникальных свойств жидкости является вязкость. При ее рассмотрении активно пользуются рядом основных параметров, которые заключаются в градиенте скорости движения и касательном напряжении. У этих величин есть линейная зависимость, которая отображается в ряде формул и основополагающих правилах. Вязкость подразумевает создание неограниченного движения вещества независимо от воздействия внешних факторов и сил.

Пример 1

В пример можно привести свойство воды при вытекании из сосуда. Жидкость будет продолжать осуществлять этот процесс, несмотря на все приложенные внешние воздействия, которые мешают так или иначе это сделать. К таким воздействиям относят обычно силу трения, силу тяжести и иные факторы.

Для неньютоновских жидкостей действуют иные параметры. Подобный тип жидкостей обладает большой степенью вязкости, поэтому оставляют за движением след. Этот показатель полностью зависит от приложенной температуры. При увеличении температуры вязкость некоторых веществ будет уменьшаться или увеличиваться. Эти действия зависят от химического строения жидкости.

Теплоемкость и поверхностное натяжение

Жидкости обладают способностями по поглощению веществами определенного количества тепла. Это им необходимо для того, чтобы повысить собственную температуру вещества. От веществ с разной степенью соединений и других показателей зависят способности по теплоемкости. Некоторые могут обладать более мощной теплоемкостью по сравнению с другими жидкостями. Одними из самых успешных теплоемких веществ является вода. Она накапливает в своих молекулах определенное количество тепла и сохраняет его некоторое время. Поэтому именно воду принято активно использовать в качестве элемента системы отопления, а также для приготовления пищи и иных нужд человека.

Поверхностное натяжение достигается в тот момент, когда жидкость занимает определенный объем. Она снаружи может граничить с другой средой, например, воздухом или другим веществом. В месте соприкосновения этих веществ создается так называемое разделение фаз. Также это явление принято считать поверхностным натяжением. Молекулы жидкости стремятся в этом положении окружить себя такими же частицами и сжимают жидкость еще больше. Поэтому визуально поверхность жидкого тела словно натягивается. Такое же явление начинает возникать при отсутствии признаков иных внешних факторов, так как идеальной формой жидкости является шар.

Текучесть и сжимаемость

Для твердых и жидких тел выделяют ряд общих свойств. Одним из них стала текучесть. Для жидкостей она носит неограниченный характер. Оно возникает при воздействии внешних усилий к исследуемому объекту. В этом случае существует несколько вариантов развития событий. Жидкости в зависимости от степени и интенсивности воздействия может разделиться на два объекта или может начать перетекать. Новые части точно также заполнят объем сосуда, поскольку каждая из них не теряет первоначальных свойств.

Также жидкости чутко реагируют на воздействие различной температуры. Самая большая метаморфоза происходит при изменении агрегатного состояния вещества. Это достигается в процессе нагрева, охлаждения или кипения.

Сжимаемость характерна больше для газообразной жидкости. Они могут поддаваться сжатию при возникновении определенных условий. Одной из особенностей этого свойства является скорость всего процесса, а также его равномерность.

Помимо этого, жидкости могут испаряться и вновь конденсироваться. При испарении процесс характеризуется постепенным переходом вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Конденсация обозначает обратный процесс по отношению к испарению.

Свойства жидкостей. Основные физические свойства жидкости

Известно, что все, что окружает человека, включая и его самого, — это тела, состоящие из веществ. Те, в свою очередь, построены из молекул, последние из атомов, а они — из еще более мелких структур. Однако окружающее разнообразие столь велико, что сложно представить даже какую-то общность. Так и есть. Соединения исчисляются миллионами, каждое из них уникально по свойствам, строению и выполняемой роли. Всего выделяют несколько фазовых состояний, по которым можно соотнести все вещества.

Агрегатные состояния веществ

Можно назвать четыре варианта агрегатного состояния соединений.

  1. Газы.
  2. Твердые вещества.
  3. Жидкости.
  4. Плазма — сильно разреженные ионизированные газы.

В данной статье мы рассмотрим свойства жидкостей, особенности их строения и возможные параметры характеристик.

Классификация жидких тел

В основу данного деления положены свойства жидкостей, их структура и химическое строение, а также типы взаимодействий между составляющими соединения частицами.

  1. Такие жидкости, которые состоят из атомов, удерживающихся между собой силами Ван-дер-Ваальса. Примерами могут служить жидкие газы (аргон, метан и другие).
  2. Такие вещества, которые состоят из двух одинаковых атомов. Примеры: газы в сжиженном виде — водород, азот, кислород и другие.
  3. Жидкие металлы — ртуть.
  4. Вещества, состоящие из элементов, связанных ковалентными полярными связями. Примеры: хлороводород, йодоводород, сероводород и прочие.
  5. Соединения, в которых присутствуют водородные связи. Примеры: вода, спирты, аммиак в растворе.

Существуют и особенные структуры — типа жидких кристаллов, неньютоновских жидкостей, которые обладают особыми свойствами.

Мы же рассмотрим основные свойства жидкости, которые отличают ее от всех других агрегатных состояний. В первую очередь это такие, которые принято называть физическими.

Свойства жидкостей: форма и объем

Всего можно выделить около 15 характеристик, которые позволяют описать, что же представляют собой рассматриваемые вещества и в чем заключается их ценность, особенности.

Самые первые физические свойства жидкости, которые приходят на ум при упоминании этого агрегатного состояния, это способность менять форму и занимать определенный объем. Так, например, если говорить о форме жидких веществ, то общепринято считать ее отсутствующей. Однако это не так.

Под действием всем известной силы тяжести капли вещества подвергаются некоей деформации, поэтому их форма нарушается и становится неопределенной. Однако если поместить каплю в условия, при которых гравитация не действует или сильно ограничена, то она примет идеальную форму шара. Таким образом, получив задание: «Назовите свойства жидкостей» человек, считающий себя достаточно сведущим в физике, должен упомянуть об этом факте.

Что касается объема, то здесь следует заметить общие свойства газов и жидкостей. И те и другие способны занимать весь объем пространства, в котором находятся, ограничиваясь лишь стенками сосуда.

Вязкость

Физические свойства жидкости весьма разнообразны. Но уникальным является такое из них, как вязкость. Что это такое и чем определяется? Главные параметры, от которых зависит рассматриваемая величина, это:

  • касательное напряжение;
  • градиент скорости движения.

Зависимость указанных величин линейная. Если же объяснить более простыми словам, то вязкость, как и объем, — это такие свойства жидкостей и газов, которые являются для них общими и подразумевают неограниченное движение независимо от внешних сил воздействия. То есть если вода вытекает из сосуда, она будет продолжать это делать при любых воздействиях (сила тяжести, трения и прочих параметрах).

В этом состоит отличие от неньютоновских жидкостей, которые обладают большей вязкостью и могут оставлять вслед за движением дыры, заполняющиеся со временем.

От чего же будет зависеть данный показатель?

  1. От температуры. С увеличением температуры вязкость одних жидкостей увеличивается, а других, наоборот, уменьшается. Это зависит от конкретного соединения и его химического строения.
  2. От давления. Повышение вызывает увеличение показателя вязкости.
  3. От химического состава вещества. Вязкость изменяется при наличии примесей и посторонних компонентов в навеске чистого вещества.

Теплоемкость

Этот термин определяет способность вещества поглощать определенное количество тепла для увеличения собственной температуры на один градус по Цельсию. Существуют разные соединения по данному показателю. Одни обладают большей, другие меньшей теплоемкостью.

Так, например, вода — очень хороший теплонакопитель, что позволяет ее широко использовать для систем отопления, приготовления пищи и прочих нужд. В целом, показатель теплоемкости строго индивидуален для каждой отдельно взятой жидкости.

Поверхностное натяжение

Часто, получив задание: «Назовите свойства жидкостей» сразу вспоминают о поверхностном натяжении. Ведь с ним детей знакомят на уроках физики, химии и биологии. И каждый предмет объясняет этот важный параметр со своей стороны.

Классическое определение поверхностного натяжения следующее: это граница раздела фаз. То есть в то время, когда жидкость заняла определенный объем, она снаружи граничит с газовой средой — воздухом, паром или еще каким-либо веществом. Таким образом, на месте соприкосновения возникает разделение фаз.

При этом молекулы стремятся окружить себя как можно большим числом частиц и, таким образом, приводят как бы к сжиманию жидкости в целом. Следовательно, поверхность словно натягивается. Этим же свойством можно объяснить и шарообразную форму капель жидкости при отсутствии воздействия сил тяжести. Ведь именно такая форма идеальна с точки зрения энергии молекулы. Примеры:

  • мыльные пузыри;
  • кипящая вода;
  • капли жидкости в невесомости.

Некоторые насекомые приспособились к «хождению» по поверхности воды именно благодаря поверхностному натяжению. Примеры: водомерки, водоплавающие жуки, некоторые личинки.

Текучесть

Есть общие свойства жидкостей и твердых тел. Одно из них — текучесть. Вся разница в том, что для первых она неограниченна. В чем заключается суть этого параметра?

Если приложить внешнее воздействие к жидкому телу, то оно разделится на части и отделит их друг от друга, то есть перетечет. При этом каждая часть снова заполнит весь объем сосуда. Для твердых тел это свойство ограниченно и зависит от внешних условий.

Зависимость свойств от температуры

К таковым можно отнести три параметра, характеризующие рассматриваемые нами вещества:

  • перегрев;
  • охлаждение;
  • кипение.

Такие свойства жидкостей, как перегревание и переохлаждение, напрямую связаны с критическими температурами (точками) кипения и замерзания соответственно. Перегревшейся называют жидкость, которая преодолела порог критической точки нагревания при воздействии температуры, однако внешних признаков кипения не подала.

Переохлажденной, соответственно, называют жидкость, которая преодолела порог критической точки перехода в другую фазу под воздействием низких температур, однако твердой не стала.

Как в первом, так и во втором случае есть условия для проявления таких свойств.

  1. Отсутствие механических воздействий на систему (движение, вибрация).
  2. Равномерная температура, без резких скачков и перепадов.

Интересен факт, что если в перегретую жидкость (например, воду) бросить посторонний предмет, то она мгновенно вскипит. Получить же ее можно нагреванием под воздействием излучения (в микроволновой печи).

Сосуществование с другими фазами веществ

Можно выделить два варианта по данному параметру.

  1. Жидкость — газ. Такие системы являются наиболее широко распространенными, поскольку существуют в природе повсеместно. Ведь испарение воды — часть естественного круговорота. При этом образующийся пар существует одновременно с жидкой водой. Если же говорить о замкнутой системе, то и там происходит испарение. Просто пар становится насыщенным очень быстро и вся система в целом приходит к равновесию: жидкость — насыщенный пар.
  2. Жидкость — твердые вещества. Особенно на таких системах заметно еще одно свойство — смачиваемость. При взаимодействии воды и твердого вещества последнее может смачиваться полностью, частично или вообще отталкивать воду. Существуют соединения, которые растворяются в воде быстро и практически неограниченно. Есть и те, что вообще к этому не способны (некоторые металлы, алмаз и прочие).

В целом изучением взаимодействия жидкостей с соединениями в других агрегатных состояниях занимается дисциплина гидроаэромеханика.

Сжимаемость

Основные свойства жидкости были бы неполными, если бы мы не упомянули о сжимаемости. Конечно, этот параметр больше характерен для газовых систем. Однако и рассматриваемые нами также могут поддаваться сжатию при определенных условиях.

Главное отличие — это скорость процесса и его равномерность. Если газ можно сжать быстро и под небольшим давлением, то жидкости сжимаются неравномерно, достаточно долго и при специально подобранных условиях.

Испарение и конденсация жидкостей

Это еще два свойства жидкости. Физика дает им следующие объяснения:

  1. Испарение — это процесс, который характеризует постепенный переход вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Происходит это под действием тепловых воздействий на систему. Молекулы приходят в движение и, меняя свою кристаллическую решетку, переходят в газообразное состояние. Процесс может происходить до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в пар (для открытых систем). Или же до установления равновесия (для замкнутых сосудов).
  2. Конденсация — процесс, противоположный выше обозначенному. Здесь пар переходит в молекулы жидкости. Так происходит до установления равновесия или полного фазового перехода. Пар отдает в жидкость большее количество частиц, чем она ему.

Типичные примеры этих двух процессов в природе — испарение воды с поверхности Мирового океана, конденсация ее в верхних слоях атмосферы, а затем выпадение в виде осадков.

Механические свойства жидкости

Данные свойства являются предметом изучения такой науки, как гидромеханика. Конкретно — ее раздела, теории механики жидкости и газа. К основным механическим параметрам, характеризующим рассматриваемое агрегатное состояние веществ, относятся:

  • плотность;
  • удельный вес;
  • вязкость.

Под плотностью жидкого тела понимают его массу, которая содержится в одной единице объема. Данный показатель для разных соединений варьируется. Существуют уже рассчитанные и измеренные экспериментальным путем данные по этому показателю, которые занесены в специальные таблицы.

Удельным весом принято считать вес одной единицы объема жидкости. Данный показатель сильно зависит от температуры (при повышении ее вес снижается).

Для чего следует изучать механические свойства жидкостей? Данные знания являются важными для понимания процессов, происходящих в природе, внутри человеческого организма. Также при создании технических средств, различной продукции. Ведь жидкие вещества — одна из самых распространенных агрегатных форм на нашей планете.

Неньютоновские жидкости и их свойства

Свойства газов, жидкостей, твердых тел — это объект изучения физики, а также некоторых смежных с ней дисциплин. Однако помимо традиционных жидких веществ, существуют еще и так называемые неньютоновские, их тоже изучает эта наука. Что они собой представляют и почему получили такое название?

Для понимания того, что собой представляют подобные соединения, приведем самые распространенные бытовые примеры:

  • «лизун», которым играют дети;
  • «хенд гам», или жвачка для рук;
  • обычная строительная краска;
  • раствор крахмала в воде и прочее.

То есть это такие жидкости, вязкость которых подчиняется градиенту скорости. Чем быстрее воздействие, тем выше показатель вязкости. Поэтому при резком ударе хенд гама об пол он превращается в совершенно твердое вещество, способное расколоться на части.

Если же оставить его в покое, то буквально через несколько минут он растечется липкой лужицей. Неньютоновские жидкости — достаточно уникальные по свойствам вещества, которые нашли применение не только в технических целях, но и в культурно-бытовых.

Основные свойства жидкостей — Справочник химика 21

    ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ [c.355]

    I. ПРИКЛАДНАЯ ГИДРАВЛИКА Основные свойства жидкостей и газов [c.354]

    ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ ПРИ ОТНОСИТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ [c.10]

    Назовите основные свойства жидкостей и газов. [c.51]

    Основные свойства жидкости [c.9]

    Основные свойства жидкости 9 [c.75]

    Основные свойства жидкости ХС-2-1 [c.229]


    Эта теория, как и другие теории растворов, основана на грубой, квазикристаллической модели, которая, как справедливо замечают Флори и сотр. 2, искусственно подавляет основное свойство жидкостей — нерегулярность во взаимном расположении молекул. [c.399]

    Основные свойства жидкостей [c.5]

    Определим основные свойства жидкости, которые влияют на прокачиваемость топлив при пониженном внешнем давлении. [c.59]

    Эта теория, как и другие теории растворов, основана на квазикристаллической модели, которая, как справедливо замечают Флори и сотр. [22], искусственно подавляет основное свойство жидкостей — нерегулярность во взаимном расположении молекул. Поэтому в настоящее время наблюдается отказ от квазикристаллической модели жидкости, и основным направлением в области теории растворов является использование принципа соответственных состояний. [c.358]

    ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ [c.8]

    Качество вакуумных жидкостей зависит прежде всего от их состава. Применяемые вакуумные масла являются либо смесью олигомеров, кипящих в определенных достаточно узких температурных пределах, либо индивидуальными соединениями. Наличие примесей отрицательно сказывается на основных свойствах жидкостей (предельный вакуум и давление насыщенных паров). Легколетучие примеси приводят к увеличению давления насыщенных паров жидкости и тем самым ухудшают предельный вакуум в системе присутствие высококипящих примесей приводит к увеличению мощности, расходуемой на обогрев насоса, что, в свою очередь, может привести к частичному разложению продукта. [c.188]

    Одним нз основных свойств жидкостей, в том числе расплавленных металлов и шлаков, является вязкость, или текучесть. Если шлаки не обладают достаточной текучестью, нормальная работа металлургических агрегатов нарушается. Режим разливки определяется вязкостью металла. [c.65]

    В химических производствах, в частности на заводах синтетического каучука, постоянно приходится иметь дело с различными жидкостями. Знать основные свойства жидкостей совершенно необходимо. Каковы эти свойства  [c.27]

    Основные свойства жидкостей, сближающие их с твердым агрегатным состоянием, следующие  [c.20]

    Наличие неуравновешенного поля сил на поверхности жидкости эквивалентно тому, что каждая единица площади этой поверхности обладает определенным количеством свободной энергии. Существование этой свободной энергии на поверхности является основным свойством жидкостей и проявляется в стремлении их к сокращению этой энергии. Наоборот, при изотермическом увеличении поверхности необходимо затратить определенную работу, эквивалентную этой свободной энергии. Как и потенциальная энергия, вообще, в любой другой системе, свободная поверхностная энергия является термодинамическим [c.240]


    Итак, молекулярно-кинетическая теория с учетом сил взаимодействия между молекулами позволяет объяснить основные свойства жидкости вязкость, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение и др. [c.95]

    Различают следующие основные свойства жидкостей, знание которых необходимо для расчетов процессов и аппаратов химической технологии. [c.25]

    Процесс структурообразования может привести к тому, что все частицы дисперсной фазы окажутся более или менее прочно связанными между собой, полностью утратив свою подвижность, и вся дисперсионная среда окажется заключенной в промежутках между частицами. Такая система, утратившая основное свойство жидкости — текучесть, носит название гель. [c.252]

    Анализируя теорию растворов, Флори отметил, что основные ее недостатки связаны с неправильной квазикрпсталлической моделью раствора, которая подавляет основное свойство жидкости и принципиально не учитывает изменение объема при смешении [20—23]. [c.140]

    В книге описаны основные свойства жидкостей, изложеим основы гидростатики и гидродинамики. Приведены расчеты трубопроводов различного назначения и истечения жидкостей из отверстий и насадков. [c.2]

    Построение диаграммы теплопроводности было проведено только по данным стандартной плотности и средним температурам кипения на основании установленных Д. К- Коллеровым взаимосвязей между этими величинами и другими основными свойствами жидкостей, представленных в виде расчетных диаграмм (плотности, молекулярного веса, теплоемкости и модуля расширения). [c.266]

    Существует много факторов, влияющих на выбор агентов. Сюда относятся подходящие точки кипения, позволяющие отделить чистые компоненты, стабильность, коррозионные свойства, стоимость, доступность, токсичность и взрываемость. Эти юпросы рассмотрены в работах Кейеса [21] и Бенедикта и Рубина [4]. Целью настоящей работы является установление методов количественной оценки улучшения относительной летучести и относительного распределения путем использования разделяющих агентов, что приводит к уменьшению размеров аппаратуры и сокращению расхода пара. Из предшествующего ясно, что для достижения этой цели желательно иметь такой агент, который давал бы максимальное отношение коэфициентов активности двух компонентов в агенте во всем интервале концентраций, характеризующих процесс. Для предварительного выбора возможных разделяющих агентов очень подходящим является метод классификации жидкостей по избирательной способности. С этой точки зрения основные свойства жидкостей систематизированы Гильдебрандом [15]. Более успешным оказалось, например, применение для разрешения этой проблемы водородной свяад Юэллом, Гаррисоном и Бергом [11] и использование величины разности между критическими температурами растворения рассматриваемых компонентов в возможных агентах — Френсисом [12]. Графическое изображение взаимной [c.148]

    Передача дав 1ения жидкостью. Если давить на жидкость, заключенную в сосуд с, отверстиями (рис. 6), то давление передается равномерно во все стороны, вследствие чего вода из всех отверстий брызжет с одинаковой силой. Это основное свойство жидкостей позволяет определить силу давления жидкостей на стенки сосудов. [c.27]

    Мы полагаем, что полученная нами корреляционная зависимость между пожароопасными и морозостойкими свойствами обусловлена фундаментальными свойствами растворов. Сравнительно нрдавно (5) была установлена взаимосвязь между такими основными свойствами жидкостей как энергия межмолекулярного взаимодействия (е ) дав-54 [c.54]

    Мы говорим об уравнениях баланса, т. е. интегральных уравнениях сохранения для системы в целом, так как рассматриваются не подробности процессов внутри системы, а лишь их внешние проявления. Во многих случаях, однако, желательно рассмотреть именно детали внутренних процессов. Чтобы достичь этого, используют аналогичные уравнения сохранения, записанные для малого элемента (дифференциала) объема. Эти дифференциальные уравнения могут быть в принципе затем проинтегрированы. Такой метод исследования дает детальную картину внутренних процессов в системе. Например, если известны основные свойства жидкости (такие, как вязкость ньютоновской жидкости), с помощью дифференциальных уравнений можно найти распределение скоростей, в то время как в балансовое уравнение могут войти только средние скорости потока на входе и выходе. Балансовые уравнения могут быть в общем случае получены интегриро- [c.21]


Происхождение нефти, ее состав и основные свойства

Нефтяные месторождения — уникальное хранилище энергии, образованной и накопленной на протяжении миллионов лет в недрах нашей планеты. В этом материале — о том, какой путь проделала нефть, прежде чем там оказаться, из чего она состоит и какими свойствами обладает

Две гипотезы

У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как образовалась нефть. Существуют две принципиально разные теории происхождения нефти. Согласно первой — органической, или биогенной, — из останков древних организмов и растений, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей или захоронялись в континентальных условиях. Затем перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений в результате тектонического опускания вглубь недр, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.

Необходимые условия для превращения органики в нефть возникают на глубине 1,5–6 км в так называемом нефтяном окне — при температуре от 70 до 190°C. В верхней его части температура недостаточно высока — и нефть получается «тяжелой»: вязкой, густой, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Внизу же температура пластов поднимается настолько, что молекулы органического вещества дробятся на самые простые углеводороды — образуется природный газ. Затем под воздействием различных сил, в том числе градиента характеризует степень изменения давления в пространстве, в данном случае — в зависимости от глубины пласта давления, углеводороды мигрируют из нефтематеринского пласта в выше- или нижележащие породы.

60 млн лет может занимать природный процесс образования нефти из органических останков

Природный процесс образования нефти из органических останков занимает в среднем от 10 до 60 млн лет, но если для органического вещества искусственно создать соответствующий температурный режим, то на его переход в растворимое состояние с образованием всех основных классов углеводородов достаточно часа. Подобные опыты сторонники органической гипотезы толкуют в свою пользу: преобразование органики в нефть налицо. В пользу биогенного происхождения нефти есть и другие аргументы. Так, большинство промышленных скоплений нефти связано с осадочными породами. Мало того — живая материя и нефть сходны по элементному и изотопному составу. В частности, в большинстве нефтяных месторождений обнаруживаются биомаркеры, такие как порфирины — пигменты хлорофилла, широко распространенные в живой природе. Еще более убедительным можно считать совпадение изотопного состава углерода биомаркеров и других углеводородов нефти.

Состав и свойства нефти

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТИ МОГУТ ЗНАЧИТЕЛЬНО РАЗЛИЧАТЬСЯ ДЛЯ РАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Основные химические элементы, из которых состоит нефть: углерод — 83–87%, водород — 12–14% и сера — до 7%. Последняя обычно присутствует в виде сероводорода или меркаптанов, которые могут вызывать коррозию оборудования. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота и до 3,5% кислорода в виде разнообразных соединений. В очень небольших количествах в нефтях содержатся редкие металлы (например, V, Ni и др.).

От месторождения к месторождению характеристики и состав нефти могут различаться очень значительно. Ее плотность колеблется от 0,77 до 1,1 г/см³. Чаще всего встречаются нефти с плотностью 0,82–0,92 г/см³.Температура кипения варьирует от 30 до 600°C в зависимости от химического состава. На этом свойстве основана разгонка нефтей на фракции. Вязкость сильно меняется в зависимости от температуры. Поверхностное натяжение может быть различным, но всегда меньше, чем у воды: это свойство используется для вытеснения нефти водой из пор пород-коллекторов.

Большинство ученых сегодня объясняют происхождение нефти биогенной теорией. Однако и неорганики приводят ряд аргументов в пользу своей точки зрения. Есть различные версии возможного неорганического происхождения нефти в недрах земли и других космических тел, но все они опираются на одни и те же факты. Во-первых, многие, хотя и не все месторождения связаны с зонами разломов. Через эти разломы, по мнению сторонников неорганической концепции, нефть и поднимается с больших глубин ближе к поверхности Земли. Во-вторых, месторождения бывают не только в осадочных, но также в магматических и метаморфических горных породах (впрочем, они могли оказаться там и в результате миграции). Кроме того, углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов. Наконец, третий, наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озера, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?

С точки зрения современных сторонников неорганической, или минеральной, гипотезы, углеводороды образуются из содержащихся в мантии Земли воды и углекислого газа в присутствии закисных соединений металлов на глубинах 100–200 км. Высокое давление в недрах земли препятствует термической деструкции сложных молекул углеводородов. В свою очередь сторонники органики не отрицают, что простые углеводороды, например метан, могут иметь и неорганическое происхождение. Опыты, направленные на подтверждение абиогенной теории, показали, что получаемые углеводороды могут содержать не более пяти атомов углерода, а нефть представляет собой смесь более тяжелых соединений. Этому противоречию объяснений пока нет.

Этапы образования нефти

СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕФТИ

  • осадконакопление (седиментогенез) — в процессе накопления осадка остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов или захороняются в континентальной обстановке;
  • биохимическая (диагенез) — происходит уплотнение, обезвоживание осадка и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
  • протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5–2 км при медленном подъеме температуры и давления;
  • мезокатагенез, или главная фаза нефтеобразования (ГФ Н), — опускание пласта органических остатков на глубину до 3–4 км при подъеме температуры до 150°C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит «отжим» нефти за счет перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в пласты-коллекторы, а по ним — в ловушки;
  • апокатагенез керогена, или главная фаза газообразования (ГФГ ), — опускание пласта органических остатков на глубину (как правило, более 4,5 км) при подъеме температуры до 180—250°C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и генерирует газ.

В ловушке

Помимо чисто научного интереса гипотезы, объясняющие происхождение нефти и газа, имеют еще и политическое звучание. Действительно, раз уж нефть может получаться из неорганических веществ и темпы ее образования не десятки миллионов лет, как предполагает биогенная концепция, а во много тысяч раз выше, значит, проблема скорого исчерпания запасов становится как минимум не столь однозначной. Однако для нефтяников вопрос о том, откуда берется нефть, принципиален скорее с той точки зрения, может ли теория предсказать, где именно нужно искать месторождения. С этой задачей органики справляются лучше.

В сугубо прагматическом отношении для добычи важно знать даже не то, где нефть зародилась, а где она находится сейчас и откуда ее можно извлечь. Дело в том, что в земной коре большая часть нефти не остается в материнской породе, а перемещается и скапливается в особых геологических объектах, называемых ловушками. Даже если предположить, что нефть имеет неорганическое происхождение, ловушки для нее все равно за редким исключением находятся в осадочных бассейнах.

Под действием различных факторов углеводороды отжимаются из нефтематеринских пород в породы-коллекторы, способные вмещать флюиды (нефть, природный газ, воду). Таким образом, нефтяное месторождение — вовсе не подземное «озеро», заполненное жидкостью, а достаточно плотная структура. Коллекторы характеризуются пористостью (долей содержащихся в них пустот) и проницаемостью (способностью пропускать через себя флюид). Для эффективного извлечения нефти из коллектора важно благоприятное сочетание обоих этих параметров.

Типы коллекторов

БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ЗАПАСОВ НЕФТИ СОДЕРЖИТСЯ В ДВУХ ТИПАХ КОЛЛЕКТОРОВ

Терригенные (пески, песчаники, алевролиты, некоторые глинистые породы и др.) состоят из обломков горных пород и минералов. Этот тип коллекторов наиболее распространен: на них приходится 58% мировых запасов нефти и 77% газа. В качестве пустотного пространства, в котором накапливается нефть, в основном выступают поры — свободное пространство между зернами, из которых состоит коллектор.

Карбонатные (в основном известняки и доломиты) занимают второе место по распространенности (42% запасов нефти и 23% газа). Имеют сложную трещиноватую структуру. Нефть обычно содержится в кавернах, появившихся в результате выветривания и вымывания твердой породы, а также в трещинах. Наличие трещин влияет и на фильтрационные свойства коллектора, обеспечивая проводимость жидкости.

Вулканогенные и вулканогенно-осадочные (кислые эффузивы и интрузивы, пемзы, туфы, туфопесчаники и др.) коллекторы отличаются характером пустотного пространства — в основном это трещины, — резкой изменчивостью свойств в пределах месторождений.

Глинисто-кремнисто-битуминозные отличаются значительной изменчивостью состава, неодинаковой обогащенностью органическим веществом. Промышленная нефтеносность глинисто-кремнисто-битуминозных пород установлена в баженовской (Западная Сибирь) и пиленгской (Сахалин) свитах.

Двигаясь по коллектору, флюид в какой-то момент может упереться в непроницаемый для него экран — флюидоупор. Слои такой породы называют покрышками, а вместе с коллектором они формируют ловушки, удерживающие нефть и газ в месторождении. В классическом варианте в верхней части ловушки может присутствовать газ (он легче). Снизу залежь подстилается более плотной, чем нефть, водой.

Классификации ловушек чрезвычайно разнообразны (часть из них см. на рис.). Наиболее простая и с точки зрения геологоразведки, и для дальнейшей добычи — антиклинальная ловушка (сводовое поднятие), перекрытая сверху пластом флюидоупора. Такие ловушки образуются в результате изгибов пластов осадочного чехла. Однако помимо изгибов внутренние пласты претерпевают и множество других деформаций. В результате тектонических движений, например, пластколлектор может деформироваться и потерять свою однородность. В этом случае процессы геологоразведки и добычи оказываются намного сложнее. Еще одна неприятность, которая поджидает нефтяников со стороны ловушек, — замещение проницаемых пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами, например песчаников, непроницаемыми. Такие ловушки называются литологическими.

Антиклиналь
Тектоническая экранированная ловушка
Соляной купол
Стратиграфическая ловушка

Ровесница динозавров

Когда же образовались те структуры, в которых сегодня находят нефть? Основные ее ресурсы сосредоточены в относительно молодых мезозойских и кайнозойских отложениях, сформировавшихся от нескольких десятков млн до 250 млн лет назад. Однако добыча нефти ведется и из палеозойских отложений (до 500 млн лет назад), а в Восточной Сибири — даже из отложений верхнего протерозоя, которым более полумиллиарда лет.

Многочисленные нефтяные месторождения встречаются в отложениях девона (420–360 млн лет назад). В этот период на Земле появились насекомые и земноводные, в морях большого разнообразия достигли рыбы и кораллы. Во время пермского периода (300–250 млн лет назад) климат стал более засушливым, в результате чего высыхали моря и образовывались мощные соляные толщи, ставшие впоследствии идеальными флюидоупорами.

Эпоха господства динозавров — юрский (200–145 млн лет назад) и меловой (145–66 млн лет назад) периоды мезозоя — характеризуется максимальным расцветом жизни и связана с высоким осадконакоплением. Некоторые гигантские и крупные месторождения (Иран, Ирак) нефти находят в отложениях палеогена(66—23 млн лет назад). Известны месторождения нефти в четвертичных породах возрастом менее 2 млн лет (Азербайджан).

Впрочем, связь между возрастом пород-коллекторов и временем образования нефти не прямолинейна. Этот процесс может быть последовательным: в юрском или меловом периоде органический осадок начал опускаться вниз и преобразовываться в нефть, которая по прошествии нескольких десятков миллионов лет мигрировала в коллекторы, принадлежащие к более молодым комплексам пород. С другой стороны, древние нефтематеринские породы, образованные в палеозое, могли опуститься на достаточную для созревания нефти глубину намного позднее. Таким образом, в одних и тех же коллекторах можно найти и более молодую, и древнюю нефть, значительно различающиеся по своим свойствам.

Смешанные свойства

Между тем моментом, когда на дно морского бассейна опускается отмерший планктон, и тем, когда накопившийся слой органики, погрузившись на несколько километров вниз, отдает нефть, миллионы лет и целый ряд химических и физических преобразований. Поэтому нет ничего удивительного в том, что состав нефти крайне разнообразен и неоднороден. Именно поэтому сами нефтяники привыкли употреблять это слово во множественном числе — говоря о разведке или добыче нефтей и подразумевая, что каждый раз извлекаемая жидкость будет уникальной, отличающейся от всего, что было добыто ранее.

В своей основе нефть — сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы. Преобладают в ней алканы, нафтены и арены. Наиболее простые из них — алканы (парафиновые углеводороды), у которых к атомам углерода присоединено максимальное количество атомов водорода. К алканам относятся метан, этан, пропан, бутан, пентан и т. д. Они могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Количество алканов в нефти колеблется от четверти до семидесяти процентов объема. При большом проценте алканов нефть считается парафинистой. С точки зрения добычи такое свойство считается проблемным — при подъеме нефти из скважины и соответственном уменьшении температуры парафины могут кристаллизоваться и выпадать на стенки скважин.

Нафтены — соединения, в которых атомы углерода соединяются в циклическое кольцо (циклопропан, циклобутан, циклопентан и др.). Все связи углерода и водорода здесь насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. Нафтены могут иметь от 2 до 5 циклов в молекуле, по их составу химики пытаются определять зрелость и другие свойства нефти.

В составе аренов, или ароматических углеводородов, также есть циклические структуры — бензольные ядра. Для них характерны большая растворяемость, более высокая плотность и температура кипения. Обычно нефть содержит 10–20% аренов, а в ароматических нефтях их содержание доходит до 35%. Наиболее богаты аренами молодые нефти. Арены — ценное сырье при производстве синтетических каучуков, пластмасс, синтетических волокон, анилино-красочных и взрывчатых веществ, фармацевтических препаратов.

Нефть любят называть черным золотом, однако чистые углеводороды бесцветны. Цвет нефтям придают разнообразные примеси, в основном смолы. Асфальтосмолистая часть нефтей — вещество темного цвета. Входящие в ее состав асфальтены растворяются в бензине.

Нефтяные смолы, напротив, не растворяются. Они представляют собой вязкую или твердую, но легкоплавкую массу. Наибольшее количество смол отмечается в тяжелых темных нефтях, богатых ароматическими углеводородами. Такие нефти обладают повышенной вязкостью, что затрудняет их извлечение из пласта.

Свойства твёрдых тел, жидкостей и газов | План-конспект занятия (природоведение, 5 класс) по теме:

Свойства твёрдых тел, жидкостей и газов.

Цель: Закрепить знания учащихся о телах и веществах. Познакомить учащихся со свойствами твёрдых веществ, жидкостей и газов.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация опорных знаний

  1. Что такое тело?
  2. Что такое вещество?
  3. Что такое свойства веществ?
  4. Перечислите основные свойства веществ.
  5. Для чего необходимо знать свойства веществ?
  6. В каких состояниях могут находиться вещества?

Задание 1. Заполни таблицу:

Тело                                      Вещество

Гвоздь ……………………._________

Стакан ……………………._________

Ваза ……………………….__________

Кусочек сахара …………..__________

Капля воды ………………__________

Задание 2. Заполни таблицу:

Тело                                     Вещество

__________ ……………… алюминий

__________ ……………… снег

__________ ……………… стекло

__________ ……………… бумага

__________ ……………… пластмасса

III. Изучение новой темы

1. Свойства жидкостей

Опыт 1: Изучение свойств жидкостей

Нальём в стакан воду.

В: Какой объём заняла вода?   (– 150 мл)

В: Какую форму имеет вода?  (– вода приняла форму стакана)

Перельём воду из стакана в мерный цилиндр.

В: Изменился объём воды?    (– нет, вода занимает такой же объём – 150 мл)

В: Изменилась ли форма воды?     (– да, она приняла форму цилиндра)

Перельём воду из мерного цилиндра в колбу.

В: Изменился объём воды?    (– нет, вода занимает такой же объём – 150 мл)

В: Изменилась ли форма воды?     (– да, она приняла форму колбы)

В: Какой можно сделать вывод?

  1. Жидкости сохраняют свой объём, но не сохраняют свою форму. Жидкость принимает форму того сосуда, в котором находится.

2. Свойства твёрдых тел

Опыт 2: Изучение свойств твёрдых тел

Возьмём в руку пластмассовый шарик – твёрдое и прочное тело.

Поместим шар в колбу.

В: Произошло ли изменение с шариком, изменились ли объём и форма шарика?

Постучим несильно по шарику молотком.

В: Произошло ли изменение с шариком, изменились ли объём и форма шарика?

Сильно ударим шарик молотком. Что наблюдаете?

В: Какой можно сделать вывод?

  1. Твёрдые тела сохраняют неизменными свой объём и свою форму. Объём и форма может измениться лишь при очень большом усилии или высокой температуре.

3. Свойства газов

  1. Газы не сохраняют своей формы и занимают весь объём того сосуда, в котором они находятся.

Опыт 3: Изучение свойств газов

Надуем два воздушных шарика разной формы. Шарики надулись и приобрели характерную форму. Значит, газы заняли всё свободное пространство и приобрели форму шариков.

4) Рассмотрим, какие изменения произойдут с телами, если к ним применить некоторую силу.

Опыт 4: Возьмём отрезок резиновой ленты, отметим на ней отрезки равной длины, например 3 см. Подвесим ленту за один конец, а к другому привесим груз.

В: Что наблюдаете? Что произошло с резинкой? Изменилась ли длина отрезков?

Опыт 5:  Возьмём линейку, попробуем её слегка согнуть.

В: Что наблюдаете?  

Повернём концы линейки в разные стороны.

В: Что происходит?

  1. Изменение формы, размеров и объёма тела, называется деформацией. Деформация возникает за счёт движения частиц внутри тела.

Если с резинки убрать груз, а с линейки «снять» силу, то они примут первоначальный вид, форму и объём.

  1. Свойства тела сначала изменять форму и объем под действием других тел и восстанавливать их после прекращения действия, называется упругостью.

Резиновый мяч, велосипедная шина – упругие тела.

Но не все тела способны сохранять свою форму под действием каких–то сил.

Например, кусочек пластилина может сохранять объём, но не сохраняет форму.

  1. Свойство тел менять форму под действием каких-то других тел и сохранять эту форму после прекращения действия, называется пластичностью.

Пластилин, воск, свинец, алюминий – пластичные материалы.

IV. Закрепление

  1. Какими свойствами обладают жидкости?
  2. Какими свойствами обладают твёрдые тела?
  3. Какими свойствами обладают газы?
  4. Что произойдёт с телом, если к нему применить силу?
  5. Что такое упругость?
  6. Что такое пластичность?

                                                                                                                 Природоведение 5 класс

Свойства жидкостей | Химия

Из крана хлещет вода. Мед вытекает из бутылочки. Бензин вытекает из насоса. Это всего лишь три примера очень разнообразного состояния материи: жидкости. Одним из ключевых определяющих свойств жидкостей является их способность течь. Однако, помимо этой особенности, поведение различных жидкостей варьируется в широком диапазоне. Некоторые жидкости текут относительно легко, например вода или масло, в то время как другие, например мед или патока, текут довольно медленно.Некоторые скользкие, а некоторые липкие. Откуда берутся эти разные модели поведения?

Когда дело доходит до взаимодействия между различными жидкостями, некоторые из них хорошо сочетаются друг с другом: подумайте о Ширли Темпл, приготовленном из имбирного эля и гренадина. Другие, однако, кажется, вообще не смешиваются. Рассмотрим разливы нефти, когда нефть плавает липким радужным слоем на поверхности воды. Вы также можете заметить подобное явление в некоторых заправках для салатов, которые разделяются на масляный слой, лежащий поверх слоя уксуса, который в основном состоит из воды.Почему эти жидкости плохо смешиваются?

Такое различное поведение возникает в основном из-за различных типов межмолекулярных сил, присутствующих в жидкостях. В этом модуле мы сначала обсудим жидкости в контексте двух других основных состояний материи, твердых тел и газов. Затем мы рассмотрим краткий обзор межмолекулярных сил и, наконец, исследуем, как межмолекулярные силы определяют поведение жидкостей.

Жидкости, твердые тела и газы

Жидкости текут, потому что межмолекулярные силы между молекулами достаточно слабы, чтобы позволить молекулам двигаться относительно друг друга.Межмолекулярные силы — это силы между соседними молекулами. (Их не следует путать с внутримолекулярными силами, такими как ковалентные и ионные связи, которые являются силами, действующими внутри отдельных молекул, чтобы удерживать атомы вместе.) Эти силы являются притягивающими, когда отрицательный заряд взаимодействует с соседним положительным зарядом, и отталкивающими, когда соседние заряды одинаковы, либо оба положительные, либо оба отрицательные. В жидкостях межмолекулярные силы могут перемещаться между молекулами и позволять им двигаться относительно друг друга и течь.(См. рисунок 1 для иллюстрации различных межмолекулярных сил и взаимодействий.)

Рисунок 1 : Панель A показывает разнообразие притягивающих и отталкивающих диполь-дипольных взаимодействий. Привлекательные взаимодействия показаны на (а) и (б) с ориентациями, где положительный конец находится рядом с отрицательным концом другой молекулы. На (c) и (d) отталкивающие взаимодействия показаны с ориентациями, которые сопоставляют положительные или отрицательные концы диполей на соседних молекулах.На панели B показан образец жидкости с несколькими молекулами, которые одновременно притягиваются и отталкиваются за счет их диполь-дипольных взаимодействий. Изображение © UC Davis ChemWiki

Сравните это с твердым телом, в котором межмолекулярные силы настолько сильны, что допускают очень небольшое движение. Хотя молекулы могут вибрировать в твердом теле, они, по сути, заперты в жесткой структуре, как описано в модуле «Свойства твердых тел». На другом конце спектра находятся газы, в которых молекулы находятся так далеко друг от друга, что межмолекулярные силы фактически отсутствуют, и молекулы могут совершенно свободно двигаться и течь независимо друг от друга.

На молекулярном уровне жидкости обладают некоторыми свойствами газов и некоторыми свойствами твердых тел. Во-первых, жидкости разделяют способность течь с газами. И жидкая, и газовая фазы являются текучими, а это означает, что межмолекулярные силы позволяют молекулам перемещаться. На обоих этих этапах материалы не имеют фиксированной формы, а вместо этого формируются контейнерами, в которых они находятся.

Твердые тела не являются жидкими, но жидкости имеют с ними другое важное свойство.Жидкости и твердые тела удерживаются вместе сильными межмолекулярными силами и намного более плотны, чем газы, что приводит к их описанию как фазы «конденсированного вещества», поскольку они оба относительно несжимаемы. (На рис. 2 показаны различия между газами, жидкостями и твердыми телами на атомарном уровне.)

Рисунок 2 : Три состояния вещества на атомарном уровне: твердое, жидкое и газообразное. image © Yelod

Большинство веществ могут перемещаться между твердой, жидкой и газообразной фазами при изменении температуры.Рассмотрим молекулу H 2 0: она принимает форму льда, кристаллического твердого вещества, при температуре ниже 0°C; вода, жидкость, от 0° до 100°С; и водяной пар, или пар, газ, выше 100°С. Эти переходы происходят потому, что температура влияет на межмолекулярное притяжение между молекулами. Например, когда H 2 0 превращается из жидкости в газ, повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии молекул, так что в конечном итоге она преодолевает межмолекулярные силы, и молекулы могут свободно перемещаться в газовой фазе.Однако внутримолекулярные силы, удерживающие молекулу H 2 0 вместе, не изменились; H 2 0 остается H 2 0, независимо от его состояния. Подробнее о фазовых переходах можно прочитать в модуле «Состояния материи».

Теперь, когда мы обсудили сходство жидкостей с твердыми телами и газами и отличия от них, мы можем сосредоточиться на широком мире жидкостей. Однако сначала нам нужно кратко представить различные типы межмолекулярных сил, которые определяют поведение жидкостей и других состояний материи.

Проверка понимания

Межмолекулярные силы равны

Межмолекулярные силы

Как мы описали ранее, межмолекулярные силы представляют собой силы притяжения или отталкивания между молекулами, отличные от внутримолекулярных сил, удерживающих молекулы вместе. Однако внутримолекулярные силы играют роль в определении типов межмолекулярных сил, которые могут образовываться.Межмолекулярные силы бывают разных видов, но общая идея для всех них одинакова: заряд в одной молекуле взаимодействует с зарядом в другой молекуле. В зависимости от того, какие внутримолекулярные силы, такие как полярные ковалентные связи или неполярные ковалентные связи, присутствуют, заряды могут иметь различную постоянство и силу, допуская различные типы межмолекулярных сил.

Итак, откуда берутся эти обвинения? В некоторых случаях молекулы удерживаются вместе полярными ковалентными связями, что означает, что электроны неравномерно распределены между связанными атомами.(Этот тип связи более подробно описан в модуле «Химическая связь».) Это неравномерное распределение приводит к частичному заряду: атом с большим сродством к электрону, то есть более электроотрицательный атом, имеет частичный отрицательный заряд, а атом с меньшим сродством к электрону менее электроотрицательный атом имеет частичный положительный заряд. Это неравномерное распределение электронов называется диполем. Когда две молекулы с полярными ковалентными связями находятся рядом друг с другом, они могут образовывать благоприятные взаимодействия, если частичные заряды выровнены соответствующим образом, как показано на рисунке 3, образуя диполь-дипольное взаимодействие.

Рисунок 3 : На панели A показана молекула воды H 2 O с неравномерным распределением электронов, что приводит к частичному отрицательному заряду вокруг атома кислорода и частичному положительному заряду вокруг атомов водорода. На панели B три молекулы H 2 O благоприятно взаимодействуют, образуя диполь-дипольное взаимодействие между частичными зарядами.

Водородные связи представляют собой особенно сильный тип диполь-дипольного взаимодействия.(Обратите внимание, что, хотя они и называются «связями», они не являются ковалентными или ионными связями; они представляют собой сильное межмолекулярное взаимодействие.) Водородные связи возникают, когда атом водорода ковалентно связан с одним из нескольких неметаллов с высокой электроотрицательностью, включая кислород, азот и фтор, создавая сильный диполь. Водородная связь представляет собой взаимодействие водорода одной из этих молекул и более электроотрицательного атома другой молекулы. Водородные связи присутствуют в воде и очень важны, и они более подробно описаны в нашем модуле «Вода: свойства и поведение».

Водородные связи и диполь-дипольные взаимодействия требуют полярных связей, но межмолекулярные силы другого типа, называемые Лондонскими дисперсионными силами, могут образовываться между любыми молекулами, полярными или нет. Основная идея заключается в том, что электроны в любой молекуле постоянно перемещаются, и иногда, просто случайно, электроны могут в конечном итоге распределяться неравномерно, создавая временный частичный отрицательный заряд на части молекулы с большим количеством электронов.Этот частичный отрицательный заряд уравновешивается частичным положительным зарядом равной величины со стороны молекулы с меньшим количеством электронов, при этом положительный заряд исходит от протонов в ядре (рис. 4). Эти временные частичные заряды в соседних молекулах могут взаимодействовать почти так же, как взаимодействуют постоянные диполи. Общая сила лондонских дисперсионных сил зависит от размера молекул: более крупные молекулы могут иметь более крупные временные диполи, что приводит к более сильным лондонским дисперсионным силам.

Рисунок 4 : Две неполярные молекулы с симметричным распределением молекул (панель A) могут стать полярными (панель B), когда случайное движение электронов приводит к временному отрицательному заряду одной из молекул, вызывая притяжение (положительный) заряд в другой .

Теперь вы можете спросить, если молекулы могут создавать временные частичные заряды, которые взаимодействуют друг с другом, эти временные заряды также должны быть способны взаимодействовать с постоянными диполями, верно? И вы были бы правы.Эти взаимодействия очень изобретательно называются дипольными взаимодействиями, индуцированными диполями. Частичный заряд полярной молекулы взаимодействует с электронами в неполярной молекуле и «заставляет» их двигаться так, что они больше не распределяются равномерно, создавая индуцированный диполь, который может выгодно взаимодействовать с постоянным диполем полярной молекулы (рис. 5).

Рисунок 5 : Когда полярная молекула взаимодействует с электронами в неполярной молекуле (панель A), неполярная молекула становится диполем и благоприятно взаимодействует с полярной молекулой (панель B).

Как вы могли догадаться, лондоновские дисперсионные силы и индуцированные диполем дипольные взаимодействия обычно слабее, чем диполь-дипольные взаимодействия. Эти силы, как и водородные связи, представляют собой силы Ван-дер-Ваальса, которые являются общим термином для сил притяжения между незаряженными молекулами.

Межмолекулярные силы — это гораздо больше, чем то, что мы рассмотрели здесь, но с этим кратким введением мы готовы вернуться к главному событию: жидкостям и тому, как межмолекулярные силы определяют их свойства и поведение.

Проверка понимания

Какие взаимодействия сильнее?

Свойства жидкостей

Сцепление

Если вы когда-либо использовали масло для приготовления пищи или работы с автомобилем, вы знаете, что оно приятное и скользкое. Вероятно, поэтому вы использовали его: он предотвращает прилипание кусочков жаркого друг к другу или к сковороде, а также помогает поршням двигателя и другим движущимся частям легко скользить.

Одна из причин, по которой масла хороши для этих целей, заключается в том, что они обладают низкой когезией: молекулы жидкости не особенно сильно взаимодействуют друг с другом, поскольку межмолекулярные силы слабы. Основные межмолекулярные силы, присутствующие в большинстве масел и многих других органических жидкостях — жидкостях, состоящих преимущественно из атомов углерода и водорода, также называемых неполярными жидкостями, — это дисперсионные силы Лондона, которые для малых молекул являются самым слабым типом межмолекулярных сил.Эти слабые силы приводят к низкой сплоченности. Молекулы не взаимодействуют сильно друг с другом, поэтому они могут скользить друг мимо друга.

На другом конце спектра сплоченности рассмотрим каплю росы на листе ранним утром (рис. 6). Как такое может существовать, если, как объяснялось ранее, жидкости текут и принимают форму удерживающего их сосуда? Как описано выше и в модуле «Вода», молекулы воды удерживаются вместе сильными водородными связями.Эти сильные силы приводят к высокому сцеплению: молекулы воды взаимодействуют друг с другом сильнее, чем с воздухом или самим листом. (Взаимодействие воды с листом является примером прилипания или взаимодействия жидкости с чем-то другим, кроме самого себя; мы обсудим прилипание в следующем разделе.) Из-за высокой когезии воды молекулы образуют сферическую форму. максимизировать их взаимодействие друг с другом.

Рисунок 6 : Капли росы на листе.image © Cameron Whitman/iStockphoto

Это высокое сцепление также создает поверхностное натяжение. Возможно, вы замечали насекомых, гуляющих по воде в пруду под открытым небом (рис. 7), или видели небольшой предмет, например скрепку, лежащую на поверхности воды вместо того, чтобы тонуть; это два примера поверхностного натяжения воды в действии. Поверхностное натяжение возникает из-за сильных сил сцепления некоторых жидкостей. Эти силы достаточно сильны, чтобы поддерживаться, даже когда они испытывают внешние силы, такие как вес насекомого, идущего по его поверхности.

Рисунок 7 : Водомерка ( Gerris remigis ), обычное ходящее по воде насекомое. image © John Bush, MIT/NSF

Адгезия

Адгезия – это тенденция соединения взаимодействовать с другим соединением. (Помните, что, напротив, когезия — это склонность соединения взаимодействовать с самим собой.) Адгезия помогает объяснить, как жидкости взаимодействуют со своими сосудами и с другими жидкостями.

Одним из примеров взаимодействия с высокой адгезией является взаимодействие между водой и стеклом. И вода, и стекло удерживаются вместе полярными связями. Следовательно, два материала также могут образовывать благоприятные полярные взаимодействия друг с другом, что приводит к высокой адгезии. Возможно, вы даже видели эти силы притяжения в действии в лаборатории. Например, когда вода находится в стеклянном градуированном цилиндре, вода стекает вверх по стенкам стакана, создавая вогнутую кривую наверху, называемую мениском, как показано на рисунке ниже.С другой стороны, вода в градуированных цилиндрах, изготовленных из некоторых типов неполярного пластика, образует плоский мениск, поскольку между водой и пластиком нет ни притягивающих, ни отталкивающих сил сцепления. (См. рис. 8 для сравнения полярных и неполярных градуированных цилиндров.)

Рисунок 8 : В мерном цилиндре А, сделанном из стекла, мениск вогнутый; в цилиндре B, изготовленном из пластика, мениск плоский. изображение © Achim Prill/iStockphoto

Проверка понимания

Когда межмолекулярные силы в жидкости слабы, жидкость имеет низкую

Вязкость

В начале модуля мы сказали, что одной из определяющих характеристик жидкостей является их способность течь.Но среди жидкостей существует огромный диапазон того, насколько легко это происходит. Подумайте о том, с какой легкостью вы можете налить себе стакан воды, по сравнению с относительной проблемой заливки густого, медленно движущегося моторного масла в двигатель. Разница заключается в их вязкости или сопротивлении течению. Моторное масло достаточно вязкое; вода, не очень. Но почему?

Прежде чем мы углубимся в различия между водой и моторным маслом, давайте сравним воду с другой жидкостью: пентаном (C 5 H 12 ).Хотя мы не думаем о воде как о вязкой жидкости, на самом деле она на более вязкая, чем пентан. Помните, молекулы воды образуют прочные водородные связи друг с другом. С другой стороны, пентан, состоящий только из атомов водорода и углерода, неполярен, поэтому единственным типом межмолекулярных сил, которые он может образовывать, являются относительно слабые лондоновские дисперсионные силы. Более слабые межмолекулярные силы означают, что молекулы могут легче двигаться мимо друг друга или течь, следовательно, вязкость ниже.

Но и вода, и пентан представляют собой относительно небольшие молекулы.Когда мы смотрим на жидкости, состоящие из более крупных молекул, размер также играет роль. Например, сравните пентан с моторным маслом, которое представляет собой сложную смесь больших углеводородов, намного больших по размеру, чем маленький пентан, а некоторые из них имеют десятки или даже сотни атомов углерода в цепи. Если вы когда-нибудь заливали моторное масло в двигатель, то знаете, что оно довольно вязкое. Обе жидкости неполярны и поэтому имеют относительно слабые межмолекулярные силы; разница в размере. Большие, гибкие углеводороды моторного масла могут буквально запутаться со своими соседями, что замедляет поток.Это почти как кастрюля спагетти: если вы не приготовите ее правильно, вы можете получить комок запутанной лапши, которую очень трудно подавать, потому что все они слиплись — в некотором смысле, это вязкая капля пасты. . Более короткая лапша или меньшие молекулы не так сильно спутываются, поэтому они, как правило, менее вязкие (рис. 9).

Рисунок 9 : Группа A состоит из больших молекул в запутанной капле (вязкая жидкость), а группа B состоит из более мелких молекул с меньшим количеством зацеплений (менее вязкая жидкость).

Возвращаясь к нашему первоначальному сравнению моторного масла с водой, хотя вода обладает такими сильными межмолекулярными силами, гораздо больший размер молекул в моторном масле делает масло более вязким.

Есть еще одна деталь: температура. Нагревание жидкости делает ее менее вязкой, как вы, возможно, заметили, если когда-либо испытывали, насколько легче полить кленовым сиропом блины, когда сироп подогрет, чем когда он холодный.Дело в том, что температура влияет на оба фактора, в первую очередь определяющие вязкость. Во-первых, повышение температуры увеличивает кинетическую энергию молекул, что позволяет им легче преодолевать межмолекулярные силы. Это также заставляет молекулы двигаться больше, поэтому те большие молекулы, которые запутались, когда они были холодными, становятся более динамичными и способны скользить друг мимо друга, позволяя жидкости течь легче.

Проверка понимания

Моторное масло выливается медленнее, чем пентановый растворитель, потому что моторное масло состоит из

Сложные жидкости

Когда вы думаете о воде, вы можете подумать о ее химической формуле H 2 O.Эта формула описывает чистую жидкость, состоящую только из молекул H 2 O, без каких-либо других компонентов. Реальность, однако, такова, что подавляющее большинство жидкостей, с которыми мы сталкиваемся, представляют собой сложные смеси многих соединений.

Растворы состоят из жидкого растворителя, в котором растворено одно или несколько растворенных веществ. Растворенные вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Существует множество распространенных растворов, в которых в качестве растворителя используется вода, включая соленую воду и практически любые ароматизированные напитки.Углекислый газ (CO 2 ) является обычным газообразным раствором в газированных напитках, а этанол — жидким раствором в любом алкогольном напитке. Хотя растворы представляют собой смеси нескольких соединений, свойства, обсуждавшиеся в предыдущем разделе, по-прежнему применимы.

Не все растворенные вещества растворяются во всех растворителях. Вы можете растворить огромное количество некоторых растворенных веществ в некоторых жидкостях, а другие растворенные вещества лишь незначительно растворимы в любом растворителе. Основное объяснение растворимости заключается в том, что «подобное растворяется в подобном».«Неполярные растворенные вещества обычно лучше растворяются в неполярных жидкостях, а полярные растворенные вещества лучше растворяются в полярных жидкостях. Например, масляные (и, следовательно, неполярные) краски требуют для очистки неполярного растворителя, такого как скипидар; они не растворяются в полярной воде. С другой стороны, поваренная соль или сахар, оба полярные твердые вещества, легко растворяются в воде при высоких концентрациях.

Более сложные растворы включают эмульсии, коллоиды и суспензии.Вкратце, эмульсия — это хорошо диспергированная смесь двух или более жидкостей, которые обычно не смешиваются. Майонез, например, представляет собой эмульсию масла, яичного желтка и уксуса или лимонного сока, которую готовят очень энергичным смешиванием.

Коллоиды и суспензии состоят из нерастворимых в жидкости частиц. В коллоиде мельчайшие нерастворимые частицы распределены в жидкости и не отделяются. А суспензия, с другой стороны, представляет собой жидкость, содержащую более крупные нерастворимые частицы, которые со временем отделятся.Молоко является полезным примером разницы между этими двумя. Свежее молоко представляет собой суспензию. Это сложная смесь компонентов, которые обычно не смешиваются — вода, жиры, белки, углеводы и многое другое — и если оставить их в покое, жировые шарики отделяются от водной части смеси. (Помните разделение уксуса и масла в заправке для салата? Процесс разделения молока аналогичен, когда маслянистый жир отделяется от воды.) С другой стороны, молоко в большинстве продуктовых магазинов представляет собой коллоид.Компоненты не разделяются благодаря процессу, называемому гомогенизацией, который разбивает шарики жира на достаточно мелкие частицы, чтобы они могли оставаться во взвешенном состоянии в жидкости.

Проверка понимания

Какое утверждение о растворенных веществах верно?

Помимо простых жидкостей

Мы обсудили множество различных жидкостей с различной когезией, адгезией и вязкостью, а также другими свойствами.Но помимо этого и без того большого разнообразия есть некоторые вещества, стирающие грань между жидким и твердым. Например, в детстве вы могли играть с ублеком, смесью воды и крахмала, которая получила свое название из книги доктора Сьюза. Ублек — это слизистая субстанция, которая может течь между пальцами, если вы осторожно держите ее в руках, но становится твердой и твердой, почти твердой, если ее сжать.

В качестве более технического примера рассмотрим материал, используемый в ЖК-дисплеях телевизоров и других электронных экранах.ЖК-дисплей означает жидкокристаллический дисплей. Это не означает, что в дисплеях используются как жидкости, так и кристаллы; это означает, что они используют материал, который одновременно является и жидким, и кристаллическим. Это может показаться противоречием — кристаллы — это твердые тела, а не жидкости, скажете вы, — но такие материалы существуют.

Первым обнаруженным жидким кристаллом была модифицированная версия холестерина, названная холестеринбензоатом. Он твердый при комнатной температуре и плавится при температуре около 150°C, но потом все становится странным.При температуре около 180°C он снова меняет фазу, но уже не из жидкости в газ; она переходит от мутной жидкости к прозрачной жидкости. Австрийский ботаник и химик Фридрих Рейницер наблюдал это необычное поведение в 1888 году и обсуждал его со своим коллегой, немецким физиком Отто Леманном. Затем Леманн взял на себя расследование, изучая холестеринбензоат и другие соединения с аналогичным поведением при двойном плавлении. Когда он посмотрел на мутную фазу под своим микроскопом, он обнаружил, что материал выглядит кристаллическим, что является отличительной чертой твердых тел.Но фаза тоже текла, как жидкость. В 1904 году он ввел термин «жидкий кристалл» для описания этой фазы со свойствами между свойствами обычной жидкости и кристаллического твердого тела. Жидкие кристаллы играют важную роль в биологии, особенно в мембранах, которые должны быть жидкими, но также должны сохранять правильную структуру.

Есть также некоторые жидкости, настолько вязкие, что вас не упрекнешь в том, что они твердые, например смола, вещество, полученное из растений и нефти.Он кажется почти твердым и разбивается при ударе молотком, но если оставить его под действием силы тяжести, он будет течь очень, очень медленно. Несколько лабораторий по всему миру проводят так называемые эксперименты с каплями смолы, в которых они оставляют немного смолы в воронке и ждут, пока она стечет; между каждой каплей проходит около 10 лет (рис. 10).

Рисунок 10 : Эксперимент по капле смолы в Университете Квинсленда (батарея показана для сравнения размеров). image © John Mainstone & Amada44

сложность, присущая науке и миру природы, даже когда речь идет о такой, казалось бы, простой вещи, как определение того, является ли вещество жидкостью или твердым телом.В этом модуле мы сосредоточились на определении и объяснении основных свойств жидкостей, что дает вам основу для размышлений о состояниях материи во всей их сложности. В других модулях мы обсуждаем твердую и газовую фазы, чтобы помочь вам сопоставить различные физические свойства этих состояний.

Резюме

Что касается различных жидкостей, то одни хорошо смешиваются, а другие нет; одни льются быстро, а другие текут медленно. Этот модуль обеспечивает основу для рассмотрения состояний материи во всей их сложности.Он объясняет основные свойства жидкостей и исследует, как межмолекулярные силы определяют их поведение. Определены понятия когезии, адгезии и вязкости. Модуль также исследует, как температура, размер и тип молекул влияют на свойства жидкостей.

Ключевые понятия

  • Жидкости обладают некоторыми общими свойствами с твердыми телами (оба считаются конденсированными веществами и относительно несжимаемы), а также некоторыми свойствами газов, такими как их способность течь и принимать форму сосуда.

  • На ряд свойств жидкостей, таких как когезия и адгезия, влияют межмолекулярные силы внутри самой жидкости.

  • На вязкость влияют как межмолекулярные силы, так и молекулярный размер соединения.

  • Большинство жидкостей, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, на самом деле представляют собой растворы, смеси твердого, жидкого или газообразного растворенного вещества в жидком растворителе.

  • НГСС
  • HS-C6.2, ХС-ПС1.А3, ХС-ПС1.А4

Рэйчел Бернштейн, доктор философии, Энтони Карпи, доктор философии. «Свойства жидкостей» Visionlearning Vol. ЧЕ-3 (5), 2015.

Твердое тело, жидкость и газ | Химия для неспециалистов

Цели обучения

  • Дайте определение твердым, жидким и газообразным.
  • Объясните различия между этими тремя фазами материи.

Почему на каждой картинке разное состояние воды?

Почему состояние воды на каждой картинке разное?

Вода может принимать разные формы.При низких температурах (ниже 0°C) представляет собой твердое вещество. При «нормальных» температурах (от 0°C до 100°C) это жидкость. В то время как при температуре выше 100°С вода представляет собой газ (пар).

Состояние воды зависит от температуры. Каждое состояние (твердое, жидкое и газообразное) имеет свой уникальный набор физических свойств.

 

Материя и ее состояния

Материя обычно существует в одном из трех состояний: твердое , жидкое или газообразное .Состояние, которое проявляет данное вещество, также является физическим свойством. Некоторые вещества существуют в виде газов при комнатной температуре (кислород и углекислый газ), а другие, например вода и металлическая ртуть, существуют в виде жидкостей. Большинство металлов существует в твердом состоянии при комнатной температуре. Все вещества могут находиться в любом из этих трех состояний. Помимо того, что материя находится в одном из трех состояний, она также может подвергаться изменениям состояния.  Изменение состояния происходит, когда материя переходит из одного состояния в другое, например, когда жидкость превращается в газ или твердое тело превращается в жидкость.

Примечание: Строго говоря, существует четвертое состояние материи, называемое плазмой, но оно не встречается в природе на Земле, поэтому мы не будем его здесь рассматривать.

Жидкость

Жидкости имеют следующие характеристики:

  • не имеет определенной формы (принимает форму контейнера)
  • имеет определенный объем
  • частицы могут свободно перемещаться друг над другом, но все еще притягиваются друг к другу

Знакомая жидкость — металлическая ртуть.Меркурий — аномалия. Это единственный известный нам металл, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре. Ртуть также имеет способность прилипать к самой себе (поверхностное натяжение) — свойство, которым обладают все жидкости. Ртуть имеет относительно высокое поверхностное натяжение, что делает ее уникальной. Здесь вы видите ртуть в ее обычной жидкой форме.

Рисунок 2.6

Меркурий.

Если бы мы нагрели жидкую ртуть до точки кипения 357°C и при правильном давлении, мы бы заметили, что все частицы в жидком состоянии переходят в газообразное состояние.

Газ

Газы имеют следующие характеристики:

  • не имеет определенной формы (принимает форму контейнера)
  • нет определенного объема
  • частицы движутся случайным образом практически без притяжения друг к другу
  • сильно сжимаемый
Твердый

Твердые тела определяются следующими характеристиками:

  • определенная форма (жесткая)
  • определенный объем
  • частиц колеблются вокруг фиксированных осей

Если бы мы охладили жидкую ртуть до точки замерзания -39°C и при правильном давлении, мы бы заметили, что все жидкие частицы перешли в твердое состояние.

На видео ниже показан этот процесс.

Как видно из видео, ртуть может затвердеть, если довести ее температуру до точки замерзания. Однако при возвращении в условия комнатной температуры ртуть недолго существует в твердом состоянии и возвращается в свою более обычную жидкую форму.

Резюме

  • Существует три агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное.
  • Твердые тела имеют определенную форму и объем.
  • Жидкости имеют определенный объем, но принимают форму сосуда.
  • Газы не имеют определенной формы или объема.

 

Практика

Вопросы

Используйте веб-сайт, чтобы ответить на следующие вопросы:

http://www.miamisci.org/af/sln/phases/nitrogensolid.html

  1. Какой материал является газом при комнатной температуре (25°C)?
  2. Какой материал является твердым при комнатной температуре?
  3. Какой материал является жидкостью при комнатной температуре?
  4. Что происходит с движением частиц при повышении температуры?
  5. Что происходит с движением частиц при понижении температуры?

 

Обзор

Вопросы

  1. Сколько существует состояний вещества?
  2. Что такое твердое тело?
  3. Что такое жидкость?
  4. Что такое газ?

 

Глоссарий

  • твердый: Имеет определенную форму и объем.
  • жидкость: Имеет определенный объем, но принимает форму сосуда.
  • газ: Не имеет определенной формы или объема.
  • изменение состояния:  Когда вещество переходит из одного из трех состояний (например, твердое, жидкое или газообразное) в другое состояние.

Свойства твердых тел, жидкостей и газов

Основные понятия

В этом уроке вы узнаете о свойствах твердой, жидкой и газообразной фаз материи.Твердые тела, жидкости и газы окружают нас повсюду, это три основных состояния материи — но сколько их свойств вы действительно знаете? Давайте узнаем!

Темы, затронутые в других статьях

Словарь

Аморфный – бесформенный
Капиллярный эффект – притяжение поверхности жидкости к поверхности твердого тела
Кристаллический – частицы твердого тела расположены упорядоченно, геометрически, повторяясь паттерн
Диффузия – самопроизвольное смешение частиц двух веществ, вызванное их движением
Межмолекулярные силы – силы притяжения или отталкивания, существующие между соседними частицами.
Поверхностное натяжение – сила, стягивающая соседние части поверхности жидкости, уменьшая площадь поверхности до наименьшего возможного размера
Вязкость – сопротивление движению, которое существует между молекулами жидкости, когда они проходят мимо друг друга

Свойства твердых тел

В твердом состоянии частицам не хватает энергии для преодоления сильных межмолекулярных сил , а значит, они плотно удерживаются друг против друга. В результате твердые тела имеют определенную форму и объем.Они не льются как жидкость.

Частицы колеблются взад и вперед в своих фиксированных положениях и не двигаются свободно. Твердые тела несжимаемы и имеют большую плотность по сравнению с жидкостями и газами. Они могут быть кристаллическими, как поваренная соль, или аморфными, как стекло, резина или пластик.

Многие элементы существуют в твердом состоянии при комнатной температуре, например, натрий, ванадий и магний.

Свойства жидкостей

В жидком состоянии межмолекулярные силы между частицами достаточно сильны, чтобы иметь определенный объем.Однако они недостаточно сильны, чтобы иметь определенную форму. Следовательно, частицы движутся свободно, но все равно притягиваются друг к другу. Жидкости несжимаемы, но принимают форму сосуда. Они немного менее плотные, чем твердое состояние, в среднем на 10% менее плотные. Они обычно проявляют поверхностное натяжение, капиллярное действие и вязкость.

Ртуть является примером жидкого металла с очень высокой когезией и поверхностным натяжением, что позволяет ему легко образовывать комки при разливе.

Вода — это жидкость со многими необычными свойствами, например расширяющаяся при замерзании. Это связано с его водородной связью.

Существует множество неверных представлений о том, что йод не существует в жидком состоянии. Однако здесь вы можете узнать, почему так много людей так быстро верят в эту ложную идею.

Свойства газов

В газообразном состоянии частицы обладают достаточной кинетической энергией для преодоления слабых межмолекулярных сил между собой. Поэтому они движутся хаотично, не притягиваясь друг к другу.В результате газы не имеют ни определенной формы, ни объема. Они состоят из далеко разделенных молекул.

Газы сжимаемы и имеют низкую плотность – часто в 1000 раз менее плотную, чем жидкая или твердая фаза. Газы могут диффундировать, и они оказывают давление на поверхности, с которыми сталкиваются.

При комнатной температуре некоторые элементы существуют в виде газа. Примерами этих элементов являются фтор, водород и гелий.

Примеры

Примеры твердых тел

Лед, стекло, камень, соль, сахар, бетон, золото, дерево, бетон

Примеры жидкостей

Вода, сок, кофе, ртуть, бром

Примеры газов

23

23

2 Углекислый газ, кислород, водород, гелий, гексафторид урана, воздух

Обзор свойств

Каковы свойства жидкости? (Видео)

Привет, и добро пожаловать в этот обзор свойств жидкостей ! Сначала мы обсудим макроскопические свойства, то есть то, что мы можем наблюдать глазами, а затем попытаемся объяснить эти свойства с молекулярной точки зрения.Так что, надеюсь, к концу видео, наряду с более формальными знаниями о свойствах жидкости, вы сможете сделать обоснованное предположение о том, как жидкость будет себя вести, просто основываясь на молекулярной структуре. Давайте начнем!

Хорошей новостью на эту тему является то, что вы уже много знаете о жидкостях. Вы взаимодействуете с ними каждый день, поэтому многие их свойства должны быть вам знакомы. На самом деле, почему бы вам не остановиться на секунду, поставить видео на паузу и не записать две физические характеристики жидкостей.Если вы застряли, подумайте, чем они похожи и чем отличаются от твердых тел и газов.

Вот две относительно простые характеристики, которые мы можем распознать:

Один. Жидкости принимают форму сосуда. Другими словами, когда вы наливаете воду в чашку, она заполняет пространство и принимает форму этой чашки.

Но, во-вторых, жидкости не расширяются, чтобы заполнить сосуд. У них есть определенный объем, а значит, у них есть и поверхность.

Вы могли также подумать о липкости жидкости или ее способности течь; такими свойствами будут адгезия и вязкость.Все отличные идеи и прочее мы рассмотрим через минуту.

Но давайте рассмотрим первые два пункта и воспользуемся ими, чтобы сравнить жидкости с газами и твердыми телами. Жидкость часто является промежуточной фазой между ними и, таким образом, имеет общие характеристики с обоими. Как и твердые тела, жидкости не сжимаемы, то есть мы не можем сделать их еще меньше. Это потому, что они находятся в конденсированной фазе, где молекулы настолько близко друг к другу, что нет места, чтобы подтолкнуть их ближе. Но, как и газы, жидкости текучи и принимают форму своего сосуда (но, опять же, не расширяются, чтобы заполнить сосуд).

Мы можем получить базовое молекулярное представление о свойствах жидкости с помощью этой простой диаграммы, показывающей микроскопическое изображение каждой фазы. Обратите внимание, что молекулы в жидкости плотно упакованы, а не в организованной решетке, как в твердом теле. Это потому, что в систему было добавлено достаточно энергии, чтобы разрушить силы, удерживающие молекулы в твердом теле неподвижно. Это позволяет молекулам двигаться вокруг друг друга, постоянно разрывая и образуя взаимодействия. Помните, что хотя это и конденсированная фаза, молекулы все время движутся! Однако большинству молекул в жидкости не хватает кинетической энергии, чтобы полностью отделиться друг от друга и раствориться в газе.Вы можете думать о жидкостях (и фазах в целом) как о балансе между межмолекулярными силами, удерживающими молекулы вместе, и кинетической энергией молекул, пытающихся их разделить. Точное поведение каждой жидкости во многом определяется типом и силой этих межмолекулярных сил.

Вернемся к другим свойствам, о которых мы упоминали во время мозгового штурма, — когезии, адгезии, поверхностному натяжению и вязкости. Мы можем получить интуитивное и глубокое понимание этих свойств, если рассмотрим межмолекулярные силы.

Во-первых, помните, межмолекулярные силы — это несвязывающие силы, которые притягивают отдельные молекулы друг к другу. Обычно они намного слабее ионных, ковалентных или металлических связей, но вместе они ответственны за конденсированные фазы молекулярных соединений. Другими словами, если бы их не существовало, каждое молекулярное соединение было бы газом при стандартных давлениях и температурах. И у нас нет времени, чтобы сделать полный обзор каждого типа межмолекулярного взаимодействия, поэтому я просто кратко назову их.Существуют ионно-дипольные, водородные связи, диполь-дипольные, ионно-индуцированный диполь, диполь-индуцированный диполь и лондоновские дисперсионные силы, от самых сильных до самых слабых.

Поведение жидкости часто напрямую связано с типом и силой межмолекулярных сил.

Нам нужно понять две вещи об этих силах: насколько сильны межмолекулярные силы внутри жидкости (их сцепление ) и насколько сильны межмолекулярные силы между жидкостью и их поверхностью (их адгезия ).

Часто когезия и адгезия связаны. Например, вода обладает сильными силами сцепления из-за сложной сети водородных связей, но это также означает, что молекулы воды могут иметь сильные силы сцепления, если они могут водородно связываться с поверхностью. Теперь давайте воспользуемся этим знанием, чтобы понять поверхностное натяжение.

Возможно, вы наблюдали явление, связанное с поверхностным натяжением, даже если не знали об этом. Вы когда-нибудь наполняли стакан водой и замечали, что над его верхушкой образуется купол?

Почему это происходит? Кажется, что это противоречит физике.Давайте увеличим масштаб и посмотрим на это с точки зрения молекулы.

Молекулы воды на поверхности находятся в невыгодном положении – они могут взаимодействовать только с другими молекулами, находящимися под ними, тогда как внутренняя молекула взаимодействует с другими молекулами во всех направлениях. Следовательно, поверхность имеет наименьшее количество молекул и наименьшую возможную площадь, что создает на поверхности натянутую «пленку». Вот почему вода образует сферические капли на восковой поверхности — молекулы предпочитают взаимодействовать друг с другом, а не с поверхностными молекулами.Сила сцепления больше, чем сила сцепления.

Напротив, межмолекулярные силы в масле слишком слабы, чтобы удерживать каплю — эти молекулы скорее взаимодействуют с поверхностью, поэтому масло растекается. Другими словами, силы сцепления сильнее, чем силы сцепления.

Мы также можем применить это, чтобы понять формирование мениска. Молекулы воды сильно притягиваются к молекулам стекла и поднимаются вверх по поверхности до тех пор, пока гравитация не сравняется с этой силой.

Однако не все жидкости подходят для этого. Некоторые лежат плашмя, потому что сила сцепления недостаточно сильна, чтобы преодолеть гравитацию. На самом деле это то, что происходит, когда вода находится в пластиковой пробирке.

А некоторые образуют выпуклый мениск , где силы сцепления настолько сильнее сил сцепления, что молекулы образуют сферическую вершину. Это происходит с жидкой ртутью в барометре или старом термометре, потому что когезионные силы представляют собой прочные металлические связи.

И, наконец, рассмотрим вязкость . Если вы не знакомы с этим словом, то в основном это толщина жидкости или, говоря более технически, сопротивление жидкости течению. Чем больше вязкость, тем медленнее течет. Например, масло и мед имеют гораздо более высокую вязкость, чем вода или ацетон (распространенный ингредиент жидкости для снятия лака). Почему? Что ж, давайте подумаем, как мы можем связать это макроскопическое свойство с их межмолекулярными силами и физическими свойствами.

Можно представить, что вязкость на молекулярном уровне коррелирует с тем, насколько когезивна жидкость, но с дополнительным учетом. Мы также должны думать о размере и форме молекул. Группа небольших молекул со слабым взаимодействием не слипается, поэтому они не будут сопротивляться потоку. Но длинные, тонкие, более липкие молекулы спутываются друг с другом и сопротивляются движению друг от друга. В более широком масштабе представьте себе попытку высыпать сваренные спагетти из кастрюли. Лапша липкая и спутанная, поэтому не выпадает из кастрюли.Вы можете думать о молекулах масла и меда аналогичным образом. В качестве примечания, это всего лишь качественное понимание вязкости. Количественный подход требует гидродинамики и техники.

Давайте закончим кратким обзором.

Жидкости являются промежуточной фазой между твердыми телами и газами. Молекулы плотно упакованы, как твердые тела, но обладают достаточной энергией для движения, что позволяет им течь подобно газу и принимать форму своих сосудов.

Мы можем понять свойства жидкости, если знаем о типе и силе их межмолекулярных сил.Мы можем даже предсказать их поведение, если у нас будет достаточно информации об относительной силе их когезионных и адгезионных сил, что также требует знания поверхностных молекул и их межмолекулярных сил.


Теперь, прежде чем мы начнем, давайте ответим на несколько контрольных вопросов, чтобы узнать, что вы помните.

1. Какое из следующих свойств НЕ является свойством жидкости?

  1. Жидкости расширяются, чтобы заполнить сосуд
  2. Жидкости имеют определенный объем
  3. Жидкости имеют поверхность
  4. Жидкости несжимаемы

Правильный ответ A! Жидкости ДЕЙСТВИТЕЛЬНО принимают форму своего сосуда, но НЕ расширяются, чтобы заполнить свой сосуд.

2. Верно или нет: сцепление показывает, насколько сильны межмолекулярные силы между жидкостью и их поверхностью.

Правильный ответ — Неверно! Это описание адгезии.

3. К какому типу мениска приводят сильные адгезионные силы?

  1. Вогнутая
  2. Плоская
  3. Выпуклая
  4. Психоделическая

Правильный ответ: А! Молекулы воды сильно притягиваются к молекулам стекла и поднимаются вверх по поверхности до тех пор, пока гравитация не сравняется с этой силой.

На этом обзоре все! Спасибо за просмотр и удачной учебы!

10.2 Свойства жидкостей. Химия 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Различать силы сцепления и силы сцепления
  • Определение вязкости, поверхностного натяжения и капиллярного подъема
  • Опишите роль сил межмолекулярного притяжения в каждом из этих свойств/явлений

Когда вы наливаете стакан воды или заправляете машину бензином, вы наблюдаете, что вода и бензин текут свободно.Но когда поливаешь сиропом блины или заливаешь масло в двигатель автомобиля, то замечаешь, что сироп и моторное масло текут не так легко. Вязкость жидкости является мерой ее сопротивления течению. Вода, бензин и другие свободно текущие жидкости имеют низкую вязкость. Мед, сироп, моторное масло и другие жидкости, которые не текут свободно, как показано на рис. 10.15, имеют более высокую вязкость. Мы можем измерить вязкость, измеряя скорость, с которой металлический шарик падает через жидкость (шарик падает медленнее через более вязкую жидкость), или измеряя скорость, с которой жидкость течет по узкой трубке (более вязкие жидкости текут медленнее). ).

Фигура 10.15 (а) мед и (б) моторное масло являются примерами жидкостей с высокой вязкостью; они текут медленно. (кредит а: модификация работы Скотта Бауэра; кредит б: модификация работы Дэвида Наги)

IMF между молекулами жидкости, размер и форма молекул, а также температура определяют, насколько легко течет жидкость. Как видно из табл. 10.2, чем сложнее по строению молекулы жидкости и чем сильнее ММП между ними, тем труднее им двигаться друг мимо друга и тем больше вязкость жидкости.По мере повышения температуры молекулы движутся быстрее, и их кинетическая энергия лучше способна преодолевать силы, удерживающие их вместе; таким образом, вязкость жидкости уменьшается.

Вязкость обычных веществ при 25 °C

Вещество Формула Вязкость (мПа·с)
вода Н 2 О 0,890
ртуть рт.ст. 1.526
этанол С 2 Н 5 ОХ 1,074
октановое число С 8 Н 18 0,508
этиленгликоль СН 2 (ОН)СН 2 (ОН) 16,1
мед переменная ~2 000–10 000
моторное масло переменная ~50–500

Стол 10.2

Различные IMFs между идентичными молекулами вещества являются примерами сил сцепления. Молекулы внутри жидкости окружены другими молекулами и одинаково притягиваются во всех направлениях силами сцепления внутри жидкости. Однако молекулы на поверхности жидкости притягиваются вдвое меньшим количеством молекул. Из-за неуравновешенного молекулярного притяжения на поверхностных молекулах жидкости сжимаются, образуя форму, минимизирующую количество молекул на поверхности, то есть форму с минимальной площадью поверхности.Небольшая капля жидкости стремится принять сферическую форму, как показано на рис. 10.16, потому что в сфере отношение площади поверхности к объему минимально. Более крупные капли в большей степени подвержены влиянию гравитации, сопротивления воздуха, взаимодействия с поверхностью и т. д. и, как следствие, имеют менее сферическую форму.

Фигура 10.16 Силы притяжения приводят к образованию сферической капли воды, площадь поверхности которой минимальна; силы сцепления удерживают сферу вместе; Силы сцепления удерживают каплю прикрепленной к полотну.(кредитное фото: модификация работы «OliBac»/Flickr)

Поверхностное натяжение определяется как энергия, необходимая для увеличения площади поверхности жидкости, или сила, необходимая для увеличения длины поверхности жидкости на заданную величину. Это свойство возникает из-за сил сцепления между молекулами на поверхности жидкости и заставляет поверхность жидкости вести себя как натянутая резиновая мембрана. Поверхностное натяжение некоторых жидкостей представлено в таблице 10.3. Среди обычных жидкостей вода демонстрирует явно высокое поверхностное натяжение из-за сильных водородных связей между ее молекулами.В результате этого высокого поверхностного натяжения поверхность воды представляет собой относительно «твердую кожу», которая может выдерживать значительные нагрузки, не ломаясь. Стальная игла, осторожно помещенная в воду, будет плавать. Некоторые насекомые, подобные изображенному на рис. 10.17, несмотря на то, что они плотнее воды, перемещаются по ее поверхности, потому что их поддерживает поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение обычных веществ при 25 °C

Вещество Формула Поверхностное натяжение (мН/м)
вода Н 2 О 71.99
ртуть рт.ст. 458,48
этанол С 2 Н 5 ОХ 21,97
октановое число С 8 Н 18 21.14
этиленгликоль СН 2 (ОН)СН 2 (ОН) 47,99

Стол 10.3

Фигура 10.17 Поверхностное натяжение (справа) не дает этому насекомому, «водомерке», погрузиться в воду.

Поверхностное натяжение зависит от множества факторов, включая введение дополнительных веществ на поверхность. В конце 1800-х годов Агнес Покельс, которой изначально запретили заниматься научной карьерой, но она занималась самостоятельно, начала исследовать воздействие и характеристики мыльных и жирных пленок в воде. Используя самодельные материалы, она разработала прибор, известный как желоб, для измерения поверхностных загрязнений и их воздействия.При поддержке известного ученого лорда Рэлея в ее работе 1891 года показано, что загрязнение поверхности значительно снижает поверхностное натяжение, а также что изменение характеристик поверхности (ее сжатие или расширение) также влияет на поверхностное натяжение. Десятилетия спустя Ирвинг Ленгмюр и Кэтрин Блоджетт опирались на работу Поккельса на собственном фундаменте и важных достижениях в области химии поверхности. Ленгмюр впервые применил методы производства одномолекулярных слоев пленки; Блоджетт применил их к разработке неотражающего стекла (критически важного для кинопроизводства и других применений), а также изучил методы, связанные с очисткой поверхностей, которые важны при производстве полупроводников.

МВФ притяжения между двумя различными молекулами называются силами сцепления. Рассмотрим, что происходит, когда вода соприкасается с какой-либо поверхностью. Если силы сцепления между молекулами воды и молекулами поверхности слабы по сравнению с силами сцепления между молекулами воды, вода не «смачивает» поверхность. Например, вода не смачивает вощеные поверхности или многие пластмассы, такие как полиэтилен. Вода образует капли на этих поверхностях, потому что силы сцепления внутри капель больше, чем силы сцепления между водой и пластиком.Вода растекается по стеклу, потому что сила сцепления между водой и стеклом больше, чем сила сцепления внутри воды. Когда вода находится в стеклянной трубке, ее мениск (поверхность) имеет вогнутую форму, потому что вода смачивает стекло и стекает вверх по стенке трубки. С другой стороны, силы сцепления между атомами ртути намного больше, чем силы сцепления между ртутью и стеклом. Таким образом, ртуть не смачивает стекло и образует выпуклый мениск, когда заключена в трубку, потому что силы сцепления внутри ртути стремятся превратить ее в каплю (рис. 10.18).

Фигура 10.18 Различия в относительных силах когезии и адгезии приводят к разным формам мениска для ртути (слева) и воды (справа) в стеклянных трубках. (кредит: Марк Отт)

Если вы поместите один конец бумажного полотенца в пролитое вино, как показано на рис. 10.19, жидкость впитает бумажное полотенце. Аналогичный процесс происходит с тканевым полотенцем, когда вы используете его, чтобы вытереться после душа. Это примеры капиллярного действия — когда жидкость течет внутри пористого материала из-за притяжения молекул жидкости к поверхности материала и к другим молекулам жидкости.Силы сцепления между жидкостью и пористым материалом в сочетании с силами сцепления внутри жидкости могут быть достаточно сильными, чтобы перемещать жидкость вверх против силы тяжести.

Фигура 10.19 Вино впитывает бумажное полотенце (слева) из-за сильного притяжения молекул воды (и этанола) к группам −OH на целлюлозных волокнах полотенца и сильного притяжения молекул воды к другим молекулам воды (и этанола) (справа). (кредитное фото: модификация работы Марка Блазера)

Полотенца впитывают жидкости, такие как вода, потому что волокна полотенца состоят из молекул, которые притягиваются к молекулам воды.Большинство тканевых полотенец изготовлены из хлопка, а бумажные полотенца обычно изготавливаются из бумажной массы. Оба состоят из длинных молекул целлюлозы, которые содержат много групп -ОН. Молекулы воды притягиваются к этим группам -OH и образуют с ними водородные связи, что притягивает молекулы H 2 O к молекулам целлюлозы. Молекулы воды также притягиваются друг к другу, поэтому большое количество воды втягивается в волокна целлюлозы.

Капиллярное действие также может возникать, когда один конец трубки малого диаметра погружается в жидкость, как показано на рисунке 10.20. Если молекулы жидкости сильно притягиваются к молекулам трубки, жидкость сползает внутрь трубки до тех пор, пока вес жидкости и силы сцепления не уравновесятся. Чем меньше диаметр трубки, тем выше поднимается жидкость. Частично благодаря капиллярному действию, происходящему в растительных клетках, называемых ксилемой, вода и растворенные питательные вещества переносятся из почвы вверх через корни в растение. Капиллярное действие лежит в основе тонкослойной хроматографии, лабораторного метода, обычно используемого для разделения небольших количеств смесей.Вы зависите от постоянного притока слез, чтобы ваши глаза были смазаны, и от капиллярного действия, которое откачивает слезную жидкость.

Фигура 10.20 В зависимости от относительной силы адгезии и сил сцепления жидкость может подниматься (например, вода) или опускаться (например, ртуть) в стеклянной капиллярной трубке. Степень подъема (или падения) прямо пропорциональна поверхностному натяжению жидкости и обратно пропорциональна плотности жидкости и радиусу трубки.

Высота, на которую поднимается жидкость в капиллярной трубке, определяется несколькими факторами, как показано в следующем уравнении:

h=2Tcosθrρgh=2Tcosθrρg

В этом уравнении h — высота жидкости внутри капиллярной трубки относительно поверхности жидкости вне трубки, T — поверхностное натяжение жидкости, θ — контактный угол между жидкостью и трубка, r — радиус трубки, ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, 9.8 м/с 2 . Когда трубка изготовлена ​​из материала, к которому сильно притягиваются молекулы жидкости, они полностью растекаются по поверхности, что соответствует краевому углу 0°. Это ситуация с водой, поднимающейся в стеклянной трубке.

Пример 10.4

Капиллярный подъем
На какую высоту поднимется вода в стеклянном капилляре с внутренним диаметром 0,25 мм при температуре 25 °С?

Для воды T = 71,99 мН/м и ρ = 1.0 г/см 3 .

Решение
Жидкость поднимется на высоту ч , определяемую формулой: h=2Tcosθrρgh=2Tcosθrρg

Ньютон определяется как кг м/с 2 , поэтому приведенное поверхностное натяжение эквивалентно 0,07199 кг/с 2 . Предоставленная плотность должна быть преобразована в единицы, которые должным образом сокращаются: ρ = 1000 кг/м 3 . Диаметр трубы в метрах равен 0,00025 м, поэтому радиус равен 0,000125 м. Для стеклянной трубки, погруженной в воду, краевой угол равен θ = 0°, поэтому cos θ = 1.Наконец, ускорение свободного падения на Земле равно g = 9,8 м/с 2 . Подставив эти значения в уравнение и отменив единицы измерения, мы получим:

h=2(0,07199кг/с2)(0,000125м)(1000кг/м3)(9,8м/с2)=0,12м=12смh=2(0,07199кг/с2)(0,000125м)(1000кг/м3)(9,8м /с2)=0,12 м=12 см
Проверьте свои знания
Вода поднимается по стеклянному капилляру на высоту 8,4 см. Какой диаметр капиллярной трубки?

Химия в повседневной жизни

Биомедицинские применения капиллярного действия

Многие медицинские тесты требуют взятия небольшого количества крови, например, для определения количества глюкозы у человека с диабетом или уровня гематокрита у спортсмена.Эту процедуру можно легко выполнить благодаря капиллярному действию — способности жидкости течь вверх по небольшой трубке против силы тяжести, как показано на рис. 10.21. Когда палец уколот, образуется капля крови, которая удерживается вместе благодаря поверхностному натяжению — неуравновешенному межмолекулярному притяжению на поверхности капли. Затем, когда открытый конец стеклянной трубки узкого диаметра касается капли крови, силы сцепления между молекулами крови и молекулами на поверхности стекла вытягивают кровь вверх по трубке.Насколько далеко кровь поднимается по трубке, зависит от диаметра трубки (и типа жидкости). Маленькая пробирка имеет относительно большую площадь поверхности для данного объема крови, что приводит к большим (относительным) силам притяжения, позволяющим втягивать кровь дальше вверх по пробирке. Сама жидкость удерживается вместе силами собственного сцепления. Когда вес жидкости в трубке создает нисходящую силу, равную восходящей силе, связанной с капиллярным действием, жидкость перестает подниматься.

Фигура 10.21 Кровь для медицинского анализа берется с помощью капиллярного эффекта, при котором кровь набирается в стеклянную трубку небольшого диаметра. (кредит: модификация работы Центров по контролю и профилактике заболеваний)

что определяет физические свойства жидкостей

Что определяет физические свойства жидкостей?

Какие факторы определяют физические свойства жидкости? Взаимодействие между разрушающими движениями частиц в жидкости и притяжением между частицами определяет физические свойства жидкостей.

Каковы свойства жидкостей?

Наиболее очевидными физическими свойствами жидкости являются сохранение объема и ее соответствие форме сосуда . Когда жидкое вещество наливается в сосуд, оно принимает форму сосуда, и, пока вещество находится в жидком состоянии, оно останется внутри сосуда.

Что в основном отвечает за свойства, проявляемые жидкостями?

Несмотря на то, что игла плотнее воды, она плавает, потому что поверхностное натяжение представляет собой сжимающую тенденцию поверхности жидкости, которая позволяет ей сопротивляться внешней силе.Это свойство вызвано сцеплением подобных молекул и отвечает за многие свойства жидкостей.

Какое физическое свойство можно использовать для идентификации жидкостей?

В этом эксперименте мы будем использовать три свойства для идентификации жидкого вещества: растворимость, плотность и температура кипения ..

Что определяет физическое состояние материи?

Количество энергии в молекулах вещества определяет состояние вещества.Материя может существовать в одном из нескольких различных состояний, включая газообразное, жидкое или твердое состояние. … Твердое тело — это состояние материи, в котором атомы или молекулы не имеют достаточно энергии для движения.

Что делает жидкость жидкостью?

Жидкость состоит из 90 813 мельчайших вибрирующих частиц вещества, таких как атомы, удерживаемых вместе межмолекулярными связями 90 814 . Подобно газу, жидкость может течь и принимать форму сосуда. … В отличие от газа, жидкость не рассеивается, чтобы заполнить все пространство контейнера, и поддерживает довольно постоянную плотность.

Какие физические свойства жидкостей аналогичны свойствам твердых тел?

Жидкости имеют некоторые общие свойства с твердыми телами — и те, и другие считаются конденсированными веществами и относительно несжимаемы, — а некоторые — и газы, такие как их способность течь и принимать форму своего сосуда.

Какой процесс является физическим изменением?

Примеры физических изменений включают изменения размера или формы материи. Изменения состояния, например, из твердого в жидкое или из жидкого в газообразное, также являются физическими изменениями.Некоторые из процессов, вызывающих физические изменения, включают резку , изгибание, растворение, замораживание, кипячение и плавление .

Какой из следующих факторов определяет, насколько высоко будет подниматься жидкость в капиллярной трубке?

Степень подъема (или падения) прямо пропорциональна поверхностному натяжению жидкости и обратно пропорциональна плотности жидкости и радиусу трубки.

Какое свойство жидкостей отвечает за расположение слоев?

Эти жидкости разделяются путем расслоения на основе плотности жидкостей .Более плотная жидкость опускается на дно, а менее плотная поднимается вверх.

Что из следующего определяет физические и химические свойства вещества?

физическое свойство: Любая характеристика, которая может быть определена без изменения химической идентичности вещества. химическое свойство: Любая характеристика, которая может быть определена только путем изменения молекулярной структуры вещества .

Что определяет идентичность вещества?

Обычно сущность вещества можно описать с помощью: химического названия, например, бензол; … химический состав, например, >99 % бензола и <1 % толуола.Состав определяется химическим анализом .

Какое физическое свойство более полезно для определения идентичности жидкости объяснить?

Какое физическое свойство более полезно для определения идентичности жидкости? Объяснять. Точка кипения более полезна.

Что определяет состояние вещества, будь оно твердым, жидким или газообразным?

Два фактора определяют, является ли вещество твердым, жидким или газообразным: Кинетическая энергия частиц (атомов, молекул или ионов), составляющих вещество.… Межмолекулярные силы притяжения между частицами, которые стремятся сблизить частицы.

Что такое физическое состояние воды?

Вода — единственное вещество на Земле, которое в природе встречается в трех физических состояниях: твердом , жидком и газообразном (см. рис. 4). В зависимости от температуры и атмосферного давления вода может переходить из одного состояния в другое, этот процесс называется физическим фазовым переходом.

Какие характеристики отличают твердые вещества от жидкостей и газов?

Глоссарий

  • твердый: имеет определенную форму и объем.
  • жидкость: Имеет определенный объем, но принимает форму сосуда.
  • газ: Не имеет определенной формы или объема.
  • изменение состояния: когда вещество переходит из одного из трех состояний (например, твердое, жидкое или газообразное) в другое состояние. Использованная литература.

Каковы свойства жидкостей для детей?

Подобно газам, жидкости могут течь и принимать форму сосуда, в который они помещены — характеристики, отсутствующие у твердых тел. Как и твердые тела, жидкости имеют фиксированный объем, а газы — нет.Как и все формы материи, жидкость состоит из частиц — атомов и молекул, — которые движутся относительно друг друга.

Почему важно знать свойства обычных жидких материалов?

Ответы экспертов

Ученым важно знать свойства материи , потому что все вещи состоят из материи . Каждый тип материи имеет разные физические характеристики, и ученым необходимо знать и понимать эти характеристики для проведения расчетов.

Каковы 5 характеристик жидкости?

  • жидкости имеют фиксированный объем, но не фиксированную форму.
  • жидкостей можно сжимать. для их сжатия требуется большое давление.
  • жидкости имеют меньшую плотность, чем твердые тела.
  • межмолекулярных сил притяжения слабее, чем у твердых тел.
  • они имеют значительное пространство между частицами.

Почему твердое тело и жидкость обладают одинаковыми свойствами?

Твердые тела и жидкости состоят из атомов, ковалентных соединений или ионных соединений.Они также имеют массу , объем и плотность , а также температуры кипения и плавления. Они также могут вступать в химические реакции.

Почему твердые тела и жидкости ведут себя по-разному?

Частицы ведут себя по-разному в каждом состоянии, потому что количество энергии, которое приобретает вещество, изменяет скорость движения частиц . Скорость движения и пространство, необходимое для частиц, увеличивается по мере того, как они меняются между твердым телом, жидкостью и газом.

Какие свойства вещества сходны между жидкостями и газами?

Некоторые характеристики газов, жидкостей и твердых тел и микроскопическое объяснение поведения
газ жидкость
принимает форму и объем своего контейнера, частицы могут двигаться мимо друг друга принимает форму части контейнера, которую он занимает, частицы могут двигаться/скользить друг относительно друга

Что такое физические процессы?

Физические процессы — это естественные силы, которые изменяют физические характеристики Земли , включая силы, которые создают и изнашивают поверхность Земли.Термин: вулканическая активность.

Какая характеристика лучше всего описывает то, что происходит во время физического изменения?

Физическое изменение связано с изменением физических свойств . Примеры физических свойств включают плавление, переход в газообразное состояние, изменение прочности, изменение долговечности, изменение кристаллической формы, изменение текстуры, форму, размер, цвет, объем и плотность.

Почему они считаются физическим изменением?

Физические изменения происходят , когда объекты или вещества претерпевают изменения, которые не меняют их химический состав .Это контрастирует с концепцией химического изменения, при которой изменяется состав вещества или одно или несколько веществ объединяются или распадаются с образованием новых веществ.

Какой из следующих факторов влияет на то, насколько высоко может подняться жидкость в узкой трубке в результате капиллярного действия?

Когда стеклянный капилляр помещают в жидкую воду, вода поднимается в капилляр. Высота, на которую поднимается вода, зависит от диаметра трубки и температуры воды, но не от угла, под которым трубка входит в воду .Чем меньше диаметр, тем выше поднимается жидкость. Рисунок 11.3.

Как межмолекулярные силы влияют на свойства жидкостей?

Чем выше межмолекулярные силы между жидкими частицами, тем ей труднее уйти в паровую фазу , т. е. требуется больше энергии для превращения ее из жидкой в ​​паровую фазу, иначе говоря, выше ее температура кипения.

Какова тенденция того, насколько хорошо течет жидкость?

Вязкость . Вязкость — это мера того, насколько жидкость сопротивляется свободному течению. Жидкость, которая течет очень медленно, считается более вязкой, чем жидкость, которая течет легко и быстро.

Какое свойство жидкостей заставляет воду образовывать капли?

Поверхностное натяжение и капли: Поверхностное натяжение определяет форму капель жидкости. Несмотря на то, что капли воды легко деформируются, они стремятся принять сферическую форму за счет сил сцепления поверхностного слоя.

Какое свойство жидкостей отвечает за то, что некоторые насекомые ходят по воде?

Некоторые насекомые, например водомерки, умеют ходить по воде. Это связано с явлением поверхностного натяжения . Поскольку вода имеет высокое поверхностное натяжение из-за сильных межмолекулярных сил, таких как водородные связи; поверхность воды втягивается внутрь, чтобы уменьшить площадь поверхности.

Что делает воду жидкостью при комнатной температуре?

Вода является жидкостью при комнатной температуре , потому что водородные связи между молекулами воды обеспечивают достаточную силу сцепления, чтобы удерживать их вместе .Полярные вещества легко растворяются в воде, потому что они могут заменить энергетически выгодные взаимодействия вода-вода еще более выгодными взаимодействиями водных растворов.

Какие из перечисленных ниже физических свойств?

К физическим свойствам относятся: внешний вид , текстура, цвет, запах, температура плавления, температура кипения, плотность, растворимость, полярность и многие другие.

Как можно определить химические свойства вещества?

Химические свойства вещества могут быть определены путем проведения экспериментов с использованием конкретных материалов или процессов с известными характеристиками.Если материал воздействует на вещество определенным образом, вещество обладает определенным свойством. Если процесс изменяет вещество, можно вывести больше свойств.

Каковы некоторые физические свойства веществ?

Некоторые примеры физических свойств:

Кнопка «Вернуться к началу»

Свойства жидкостей

Свойства жидкостей

Свойства жидкостей

Что такое испарение?

Испарение – это процесс превращения жидкости в газ.Его также называют испарением. Поскольку мы знаем, что частицы газа движутся быстрее, чем частицы жидкости, необходимо затратить энергию, чтобы жидкость превратилась в газ. Наиболее распространенный способ добавления энергии в жидкостную систему — добавление тепла.

Когда жидкость получает энергию, молекулы начинают двигаться быстрее. Если молекула находится на поверхности жидкости и имеет достаточную энергию, она может вырваться на свободу и стать молекулой газа. Как и во всем, что касается химии или жизни, существуют и другие факторы, определяющие, насколько легко молекула может вырваться из жидкости.Мы только что обсудили некоторые из них: межмолекулярные силы.

Чем сильнее межмолекулярные силы, удерживающие жидкость вместе, тем больше энергии потребуется, чтобы разъединить их. На практике это означает, что жидкость с сильными межмолекулярными силами должна быть нагрета до более высокой температуры, прежде чем она испарится.

Например: посмотрите на метан (CH 4 M.W. 16 г/моль) и воду (H 2 O 18 г/моль). Их молекулярные массы очень похожи, но их теплоты испарения (сколько тепла на моль необходимо добавить, чтобы они испарились) очень разные.Вода имеет DH пар 40,7 кДж/моль, а метан имеет DH пар 8,2 кДж/моль. Метан на самом деле является газом при комнатной температуре из-за его низкой теплоты испарения.

Что такое конденсат?

Ну, противоположное испарению, конечно. Процесс фазового перехода газа в жидкость. И если вы должны добавить энергию/нагреть жидкость, чтобы превратить ее в газ, то вы должны удалить энергию или охладить газ, чтобы превратить его в жидкость.Есть смысл? да. Что еще имеет смысл, так это то, что количество энергии, необходимое для перехода из газа в жидкую фазу, будет таким же, как и для перехода из жидкости в газ, только противоположным по знаку. Таким образом, теплота испарения одинакова для обоих процессов, только положительная (эндогоническая/эндотермическая) для испарения и отрицательная (экзэргоническая/экзотермическая) для конденсации.

Еще одним свойством, влияющим на значение DH vap , является молекулярная масса или размер молекулы.Как правило, это связано с тем, что у вас больше поверхностных взаимодействий (лондонская сила) между более крупными молекулами, чем с малыми, а плотность более крупной молекулы обычно больше, чем плотность небольшой молекулы. Помните, что для того, чтобы попасть в воздух, молекула должна иметь меньшую плотность, чем окружающие ее молекулы воздуха. Таким образом, общая тенденция состоит в том, что по мере увеличения MW/размера молекулы увеличивается и DH vap . Исключения из этой тенденции будут возникать, когда небольшая молекула способна создавать более сильную межмолекулярную силу, Е.грамм. HF по сравнению с HBr. HF образует водородные связи и, таким образом, имеет более высокое значение DH vap .

Итак, теперь, когда вы знаете все о том, что такое DH vap , какого черта нам это нужно? Что ж, вот реальное применение этого важного для всех нас значения: время высыхания лака для ногтей. Для лаков для ногтей, если вы хотите, чтобы лак высыхал быстрее, используйте растворитель с более низким DH испар . Например: в таблице 2 перечислены некоторые из наиболее распространенных растворителей, используемых в лаках для ногтей.Метилацетат является предпочтительным растворителем для большинства. Это связано с тем, что он не только быстро сохнет, но и частично растворяется в воде.

Еще один простой пример использования этого значения — определение количества теплоты, которое потребуется, чтобы вскипятить воду из кастрюли. DH vap для воды составляет 40,7 кДж/моль. Если в вашем горшке 2,2 литра воды, и мы предполагаем, что плотность воды составляет ~ 1 г/мл, то масса воды в горшке составляет 2,2 x 10 90 761 3 90 762 грамма. Молекулярная масса воды равна 18.0 г/моль, значит, у нас есть 2,2 x 10 3 грамма/18,0 г/моль = 122,2 моля воды. Теперь мы можем использовать коэффициент 40,7 кДж/моль, чтобы показать, что для испарения всей воды в горшке потребуется 122,2 моль x 40,7 кДж/моль = 4974,4 кДж энергии.

Что, если мы сделаем еще один шаг вперед? Давайте объединим некоторые концепции, которые мы изучили в CHM1045, с концепцией, которую мы только что обсудили, и решим следующую задачу: сколько тепловой энергии требуется для преобразования
5,00 кг льда при 0°C в 5.00 кг пара при 100°С?

Что нам нужно для расчета? Сначала нам нужно преобразовать лед из твердого состояния в жидкое, используя энтальпию плавления (значение, аналогичное теплоте парообразования, которое измеряет количество тепла, необходимое для превращения вещества из твердого состояния в жидкое), а затем нам нужно нагреть материал от 0 до 100 градусов и, наконец, нам нужно преобразовать его из жидкости в газ, используя теплоту парообразования.

Итак, теперь мы знаем три шага, которые нужно предпринять, нам нужно собрать наши коэффициенты преобразования для использования:

Шаг 1: Растопите твердый лед, для этого нам нужно знать DH fus льда, который составляет 335 кДж/кг.Таким образом, мы можем просто умножить количество кг на

.

Шаг 2: Нам нужно нагреть жидкую воду от 0 до 100 градусов Цельсия. Энергия (q), необходимая для этого, может быть рассчитана с использованием q= mcDT, где m — масса воды, DT — изменение температуры, а c — удельная теплоемкость воды (концепция CHM1045, описывающая, сколько тепловой энергии вещество может поглотить до того, как его температура повысится на один градус). Удельная теплоемкость воды 4,19 Дж/г o С.

Шаг 3: Превратить жидкую воду в пар при 100 o C.Для этого мы используем Теплоту испарения, как мы делали выше. (Примечание: если вы переведете единицы DH Vap из кДж/моль в кДж/кг, вы получите ~2300 кДж/кг)

 

Что такое давление паров?

Давление пара — это измеряемая величина, которая существует, когда жидкость и ее пар находятся в равновесии. Это возможно только в закрытых системах. Но учтите, что атмосфера Земли считается замкнутой системой. В гораздо меньших масштабах это будет, когда вы помещаете любую жидкость в герметичный контейнер.Молекулы на поверхности жидкости будут превращаться в молекулы газовой фазы и возвращаться в жидкость до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Это то, что мы называем «динамическим равновесием». Когда молекулы жидкости переходят в газовую фазу внутри контейнера, это увеличивает давление над жидкостью. Мера этого давления (за вычетом нормального атмосферного давления) дает нам давление паров жидкости. Чем выше это давление, тем более летучей считается жидкость.Давление пара также зависит от температуры системы. Жидкость по-прежнему будет иметь теплоту испарения, поэтому равновесное давление пара будет увеличиваться при более высоких температурах. не так ли?)

Практическое использование чисел давления пара:

Вы уезжаете на выходные и хотите, чтобы в клетке осталось достаточно воды для вашей птицы, чтобы она не умерла от жажды, пока вас нет.Если в вашей комнате в общежитии средняя температура составляет 21 o C, сколько литров воды вы должны вылить, чтобы ее хватило на все выходные?

Ну, при 21 o С давление паров воды ~18 мм рт.ст. Если мы предположим, что ваша комната в общежитии имеет объем около 5,0 x 10 4 л, мы можем использовать закон идеального газа, чтобы определить, сколько воды испарится, и просто убедиться, что птице доступно больше воды.

49.09 молей воды составляют всего около 883 г воды или ~883 мл, поэтому, если мы оставим что-то сверх этого для птицы, она не испарится, и с птицей все будет в порядке!

 

Несколько замечаний по приведенному выше расчету: 1) если бы помещение было больше, потребовалось бы испарить больше воды, прежде чем было бы достигнуто равновесное давление пара, и 2) если бы температура в помещении была выше, равновесное давление пара было бы равно также выше. Давление пара зависит от температуры!

Итак, для практического использования нам нужно знать, как давление паров меняется с температурой (таким образом вы можете оставить свою птицу в чужом доме, да! Даже если в его доме нет кондиционера).К сожалению, мы быстро видим, что большинство взаимосвязей давления пара с температурой не являются линейными, что делает прогнозы трудными, если не невозможными. Бу!

Не бойся, Клаузиус-Клапейрон уже здесь! Немец и француз зашли в бар… нет, это другая история. Как бы то ни было, немецкий физик по имени Клаузиус вместе с французским физиком по имени Клапейрон разработал изящное маленькое уравнение, которое преобразует нелинейную зависимость между давлением пара и температурой в линейную, используя давление и температуру вещества в двух точках.

Уравнение Клаузиуса-Клапейрона:

 

 

По сути, вы можете использовать это уравнение для различных целей: 1) Вы можете рассчитать теплоту испарения вещества, дважды измерив его температуру и давление. 2) Вы можете определить давление пара вещества при любой температуре, если вы знаете его DH vap и температуру и давление в другой точке.

Самая большая проблема, с которой учащиеся сталкиваются с этим уравнением, заключается в их неспособности выполнить математические манипуляции, связанные с его решением.Чтобы попрактиковаться в некоторых задачах, нажмите здесь .

И еще несколько определений:

Точки кипения:

Температура кипения жидкости — это температура , при которой жидкость превращается в газ. Если атмосферное давление при этой температуре равно 1 атмосфере или 760 мм ртутного столба, то эта температура называется нормальной температурой кипения жидкости. Таким образом, точки кипения зависят от давления.(Чем ниже атмосферное давление, тем ниже температура кипения и наоборот). Это связано с тем, что атмосферное давление давит на поверхность жидкости и удерживает ее на поверхности. Когда давление паров жидкости равно или превышает атмосферное давление, произойдет кипение (или, другими словами, будет образовываться пар), и молекулы газовой фазы улетучиваются с поверхности жидкости (вы видите это как пузырьки).

Критическая температура и давление:

Температура и давление, при которых граница между жидкой и газовой фазами стирается, называются соответственно критической температурой и критическим давлением.При очень высоких температурах и давлениях вещества по своим свойствам напоминают свойства как жидкости, так и газа.

Сверхкритические жидкости:

Сверхкритическая жидкость (SCF) определяется как вещество, температура которого выше критической (TC) и критического давления (PC). Критическая точка представляет собой самую высокую температуру и давление, при которых вещество может существовать в виде пара и жидкости в равновесии. Это явление можно легко объяснить, обратившись к фазовой диаграмме чистого диоксида углерода (рисунок ниже).На этом рисунке показаны области, где углекислый газ существует в виде газа, жидкости, твердого вещества или в виде СКФ. Кривые представляют температуры и давления, при которых две фазы сосуществуют в равновесии (в тройной точке сосуществуют три фазы). Кривая сосуществования газа и жидкости известна как кривая кипения. Если мы движемся вверх по кривой кипения, увеличивая и температуру, и давление, то жидкость становится менее плотной из-за теплового расширения, а газ становится более плотным по мере роста давления.В конце концов плотности двух фаз сходятся и становятся одинаковыми, различие между газом и жидкостью исчезает, и кривая кипения заканчивается в критической точке. Критическая точка для диоксида углерода возникает при давлении 73,8 бар и температуре 31,1°C.


Поверхностное натяжение:

Молекулы на поверхности жидкости удерживаются в жидкости благодаря межмолекулярным притяжениям со стороны молекул под ними и рядом с ними.Поверхностное натяжение выражается в эрг/см 2 или дин/см. Оно возникает из-за того, что у атомов на поверхности отсутствуют связи. Энергия высвобождается при образовании связей, поэтому наиболее стабильная низкоэнергетическая конфигурация имеет наименьшее количество отсутствующих связей. Таким образом, поверхностное натяжение пытается минимизировать площадь поверхности, в результате чего жидкости образуют сферические капли и позволяют насекомым ходить по поверхности, не тонув.

Капиллярное действие:

Капиллярное действие — физический эффект, вызванный взаимодействием жидкости со стенками тонкой трубки.Капиллярный эффект зависит от способности жидкости смачивать конкретный материал. Жидкость, для которой чаще всего наблюдается этот эффект, — это вода, потому что вода способна к сильному поверхностному взаимодействию и потому что вода вездесуща.

Вода поднимается по тонкой стеклянной трубке из-за сильных водородных связей между водой и кислородом (и концевыми атомами водорода) на поверхности стекла (SiO 2 ; поверхностный кислород обычно связан с водородом).Энергетический выигрыш от новых межмолекулярных взаимодействий должен быть уравновешен гравитацией, которая пытается утянуть жидкость обратно вниз. Следовательно, чем уже трубка, тем выше поднимется жидкость, ведь узкий столбик жидкости весит меньше, чем толстый.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.