Жидкое состояние вещества

     - коэффициент поверхностного натяжения ( )

      - длина границы поверхности жидкости

    Обратим внимание, что у легко испаряющихся жидкостей (эфира, спирта) поверхностное  натяжение меньше, чем у жидкостей  нелетучих (у ртути). Очень мало поверхностное натяжение у жидкого водорода и, особенно, у жидкого гелия. У жидких металлов поверхностное натяжение, наоборот, очень велико. Различие в поверхностном натяжении жидкостей объясняется различием в силах сцепления у разных молекул.

    Измерения поверхностного натяжения жидкости показывают, что поверхностное натяжение  зависит не только от природы жидкости, но и от его температуры: с повышением температуры различие в плотностях жидкости уменьшаются, в связи с  этим уменьшается и коэффициент поверхностного натяжения - .

    Благодаря поверхностному натяжению любой  объем жидкости стремится уменьшить  площадь поверхности, уменьшая таким  образом и потенциальную энергию. Поверхностное натяжение – одна из упругих сил, ответственных за движение ряби на воде. В выпуклостях поверхностное тяготение и поверхностное натяжение тянут частицы воды вниз, стремясь сделать поверхность снова гладкой. 

    2.7.Жидкостные пленки

    Все знают, как легко получить пену из мыльной воды. Пена – это множества  пузырьков воздуха, ограниченных тончайшей  пленкой из жидкости. Из жидкости, образующей пену, легко можно получить и отдельную  пленку.

    Эти пленки очень интересны. Они могут быть чрезвычайно тонки: в наиболее тонких частях их толщина не превосходит стотысячной доли миллиметра. Несмотря на свою тонкость, они иногда очень устойчивы. Мыльную пленку можно растягивать и деформировать, сквозь мыльную пленку может протекать струя воды, не разрушая ее.

    Чем же объяснить устойчивость пленок? Непременным условием образования  пленки является прибавление к чистой жидкости растворяющихся в ней веществ, притом таких, которые сильно понижают поверхностное натяжение

    В природе и технике мы обычно встречаемся не с отдельными пленками, а с собранием пленок – пеной. Часто можно видеть в ручьях, там, где небольшие струйки падают в спокойную воду, обильное образование пены. В этом случае способность воды пениться связана с наличием в воде особого органического вещества, выделяющегося из корней растений. В строительной технике используют материалы, имеющие ячеистую структуру, вроде пены. Такие материалы дешевы, легки, плохо проводят теплоту и звуки и достаточно прочны. Для их изготовления добавляют в растворы, из которых образуются стройматериалы, вещества, способствующие пенообразованию. 

    2.8.Смачивание 

    Небольшие капельки ртути, помещенные на стеклянную пластинку, принимают шарообразную форму. Это является результатом  действия молекулярных сил, стремящихся уменьшить поверхность жидкости. Ртуть, помещенная на поверхность твердого тела, не всегда образует круглые капли. Она растекается по цинковой пластинке, причем общая поверхность капельки, несомненно, увеличится.

    Капля анилина имеет шарообразную форму тоже только тогда, когда она не касается стенки стеклянного сосуда. Стоит ей коснуться стенки, как она тотчас прилипает к стеклу, растягиваясь по нему и приобретая большую общую поверхность.

    Это объясняется тем, что в случае соприкосновения с твердым телом силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела начинают играть существенную роль. Поведение жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами жидкости или сцепление молекулы жидкости с молекулой твердого тела. В случае ртути и стекла силы сцепления между молекулами ртути и стекла малы по сравнению с силами сцепления между молекулами ртути, и ртуть собирается в каплю. Такая жидкость называется не смачивающей твердое тело. В случае же ртути и цинка силы сцепления между молекулами жидкости и твердого тела превосходят силы сцепления, действующие между молекулами жидкости, и жидкость растекается по твердому телу. В этом случае жидкость называется смачивающей твердое тело.

    Отсюда  следует, что, говоря о поверхности  жидкости, надо иметь в виду не только поверхность, где жидкость граничит с воздухом, но также и поверхность, граничащую с другими жидкостями и ли с твердым телом.

    В зависимости от того, смачивает ли жидкость стенки сосуда или не смачивает, форма поверхности жидкости у места соприкосновения с твердой стенкой и газом имеет тот или иной вид. В случае несмачивания форма поверхности жидкости у края круглая, выпуклая. В случае смачивания жидкость у края принимает вогнутую форму. 
 

    2.9.Капиллярные  явления.

    В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов (бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево). Приходя в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела часто впитывают их в себя. На этом основано действие полотенца при вытирании рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т. д.  Подобные явления можно также наблюдать в узких стеклянных трубочках. Узкие трубочки называются капиллярными или волосными.

    При погружении такой трубочки одним  концом в широкий сосуд в широкий сосуд происходит следующее: если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимется над уровнем жидкости в сосуде и притом тем выше, чем уже трубка; если жидкость не смачивает стенки, то наоборот уровень жидкости в трубке устанавливается ниже, чем в широком сосуде. Изменение высоты уровня жидкости в узких трубках или зазорах получило название капиллярности. В широком смысле под капиллярными явлениями понимают все явления, обусловленные существованием поверхностного натяжения.

    Высота  поднятия жидкости в капиллярных трубках зависит от радиуса канала в трубке, поверхностного натяжения и плотности жидкости. Между жидкостью в капилляре и в широком сосуде устанавливается такая разность уровней h, чтобы гидростатическое давление rgh уравновешивало капиллярное давление:

    rgh= 2s/R,

    где s - поверхностное натяжение жидкости

    R – радиус капилляра.

    Отсюда:

    Высота  поднятия жидкости в капилляре пропорциональна  ее поверхностному натяжению и обратно  пропорциональна радиусу канала капилляра и плотности жидкости (закон Жюрена) 

    2.10.Электрический  ток в жидкостях.

    Чистые  жидкости не проводят электрический  ток, то есть являются диэлектриками, так  как каждая из молекул жидкости нейтральна и не перемещается в электрическом  поле.

    Жидкости, пропускающие электрический ток называются электролитами. Электрический ток в жидкостях образуется в результате направленного движения ионов солей. Явление выделения вещества на электродах при прохождении тока через электролит называется электролизом. На отрицательно заряженном электроде - катоде происходит электрохимическое восстановление частиц (атомов, молекул, катионов), а на положительно заряженном электроде - аноде идет электрохимическое окисление частиц (атомов, молекул, анионов). В 1832 году Фарадей установил, что масса M вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду Q, прошедшему через электролит: 
 
если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I.

Коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе  вещества, выделившегося при прохождении  через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества

      Второй закон Фарадея гласит: электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты. Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент равен:

     ,

    где F — постоянная Фарадея

    Явление электролиза широко применяется  в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование). Электролиз находит применение для очистки сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации).

3.Вывод

    Таким образом, жидкость - это промежуточное состояние вещества между твердым и газообразным состояниями. Это обуславливает наличие у жидкостей свойств, характерных как для  твердого, так и газообразного состояния.  Ярким примером состояния вещества, соединяющим свойства жидкого и  твердого состояний, являются жидкие кристаллы, широко применяемые в промышленности и технике (жидкокристаллические дисплеи). В связи с этим описание состояния жидкости требует синтеза математических методов, используемых для описания твердого и газообразного состояний, что усложняет и затрудняет доскональное описание многих физико-химических явлений.

    В настоящее время многие свойства жидкостей широко используются в  промышленности и технике. Например, свойство жидкости повышать давление во всем своем объеме используется в грузоподъемных машинах с гидравлическим приводом. Но необходимо и дальнейшее глубокое изучение теории жидкого состояния вещества. Так, актуальность изучения потока вскипающей жидкости связана с запросами атомной энергетики, с проблемой безопасности энергетических установок.

    Особый  интерес к изучению физико-химических процессов в жидком состоянии  связан с тем, что мы сами на 90% состоим  из воды, самой распространенной жидкости на Земле. И все жизненно важные процессы в животном и растительном мире происходят в жидкости, а именно в воде. Поэтому изучение  этого состояния вещества важно и актуально для всех людей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список литературы:

1. И.В. Савельев «Курс  общей физики»

2. Кл.Э. Суорц «Необыкновенная  физика обыкновенных явлений»
3. Элементарный учебник физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга
4. Т.И. Трофимова «Курс физики»
5. Я.И. Перельман «Занимательная физика»