ყოველდღიურ ცხოვრებაში ჩვენ მუდმივად ვხვდებით მატერიის სამ მდგომარეობას - თხევადი, აირისებრი და მყარი. ჩვენ გვაქვს საკმაოდ მკაფიო წარმოდგენა იმის შესახებ, თუ რა არის მყარი და აირები. გაზი არის მოლეკულების ერთობლიობა, რომლებიც შემთხვევით მოძრაობენ ყველა მიმართულებით. მყარი სხეულის ყველა მოლეკულა ინარჩუნებს ურთიერთ განლაგებას. ისინი მხოლოდ ოდნავ რხევავენ.
თხევადი ნივთიერების თვისებები
და რა არის თხევადი ნივთიერებები? მათი მთავარი მახასიათებელია ის, რომ კრისტალებსა და აირებს შორის შუალედური პოზიციის დაკავებით, ისინი აერთიანებენ ამ ორი მდგომარეობის გარკვეულ თვისებებს. მაგალითად, სითხეებისთვის, ასევე მყარი (კრისტალური) სხეულებისთვის დამახასიათებელია მოცულობის არსებობა. თუმცა, ამავდროულად, თხევადი ნივთიერებები, გაზების მსგავსად, იღებენ ჭურჭლის ფორმას, რომელშიც ისინი მდებარეობს. ბევრი ჩვენგანი თვლის, რომ მათ არ აქვთ საკუთარი ფორმა. თუმცა, ეს ასე არ არის. ნებისმიერი სითხის ბუნებრივი ფორმა -ბურთი. გრავიტაცია ჩვეულებრივ ხელს უშლის მას ამ ფორმის მიღებაში, ამიტომ სითხე ან ჭურჭლის ფორმას იღებს, ან თხლად ვრცელდება ზედაპირზე.
თვისებების მიხედვით, ნივთიერების თხევადი მდგომარეობა განსაკუთრებით რთულია, მისი შუალედური პოზიციის გამო. მისი შესწავლა დაიწყო არქიმედეს დროიდან (2200 წლის წინ). თუმცა, ანალიზი იმისა, თუ როგორ იქცევიან თხევადი ნივთიერების მოლეკულები, ჯერ კიდევ გამოყენებითი მეცნიერების ერთ-ერთი ყველაზე რთული სფეროა. ჯერ კიდევ არ არსებობს სითხეების ზოგადად მიღებული და სრულიად სრული თეორია. თუმცა მათ საქციელზე ნამდვილად შეგვიძლია რაღაცის თქმა.
მოლეკულების ქცევა სითხეში
სითხე არის ის, რაც შეიძლება მიედინება. მისი ნაწილაკების განლაგებაში შეიმჩნევა მცირე დისტანციის რიგი. ეს ნიშნავს, რომ მასთან ყველაზე ახლოს მეზობლების მდებარეობა, რომელიმე ნაწილაკთან მიმართებაში, მოწესრიგებულია. თუმცა, როცა ის შორდება სხვებს, მისი პოზიცია მათთან მიმართებაში სულ უფრო ნაკლებად მოწესრიგებული ხდება და შემდეგ წესრიგი საერთოდ ქრება. თხევადი ნივთიერებები შედგება მოლეკულებისგან, რომლებიც ბევრად უფრო თავისუფლად მოძრაობენ, ვიდრე მყარ სხეულებში (და კიდევ უფრო თავისუფლად აირებში). გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, თითოეული მათგანი მირბის ჯერ ერთი მიმართულებით, შემდეგ მეორეში, მეზობლებისგან თავის დაღწევის გარეშე. თუმცა, თხევადი მოლეკულა დროდადრო იშლება გარემოდან. ის ახალ ადგილზე გადადის სხვა ადგილას გადასვლით. აქ ისევ, გარკვეული დროის განმავლობაში, ის აკეთებს რხევის მსგავს მოძრაობებს.
Y. I. Frenkel-ის წვლილი სითხეების შესწავლაში
I. საბჭოთა მეცნიერს ი.ფრენკელს დიდი დამსახურება აქვს არაერთის შემუშავებაშიპრობლემები ისეთ თემაზე, როგორიცაა თხევადი ნივთიერებები. მისი აღმოჩენების წყალობით ქიმია დიდად დაწინაურდა. მას სჯეროდა, რომ სითხეებში თერმული მოძრაობა შემდეგი ხასიათისაა. გარკვეული დროის განმავლობაში, თითოეული მოლეკულა მოძრაობს წონასწორობის პოზიციის გარშემო. თუმცა, ის დროდადრო იცვლის თავის ადგილს, უეცრად გადადის ახალ პოზიციაზე, რომელიც წინადან გამოყოფილია მანძილით, რომელიც დაახლოებით თავად ამ მოლეკულის ზომისაა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სითხის შიგნით მოლეკულები მოძრაობენ, მაგრამ ნელა. ზოგ დროს ისინი გარკვეულ ადგილებთან ახლოს რჩებიან. შესაბამისად, მათი მოძრაობა გაზსა და მყარ სხეულში მოძრაობების ნარევს ჰგავს. რყევები ერთ ადგილას გარკვეული პერიოდის შემდეგ იცვლება ადგილიდან ადგილზე თავისუფალი გადასვლით.
ზეწოლა სითხეში
თხევადი ნივთიერების ზოგიერთი თვისება ჩვენთვის ცნობილია მათთან მუდმივი ურთიერთქმედების გამო. ასე რომ, ყოველდღიური ცხოვრების გამოცდილებიდან ვიცით, რომ ის მოქმედებს მასზე კონტაქტში მოხვედრილი მყარი სხეულების ზედაპირზე, გარკვეული ძალებით. მათ სითხის წნევის ძალებს უწოდებენ.
მაგალითად, წყლის ონკანის თითით გახსნისას და წყლის ჩართვისას ვგრძნობთ, როგორ აჭერს ის თითს. და მოცურავე, რომელიც ჩაყვინთვის დიდ სიღრმეში, შემთხვევით არ განიცდის ტკივილს ყურებში. ეს აიხსნება იმით, რომ ზეწოლის ძალები მოქმედებს ყურის ბარძაყზე. წყალი თხევადი ნივთიერებაა, ამიტომ მას აქვს ყველა თავისი თვისება. იმისათვის, რომ გავზომოთ წყლის ტემპერატურა ზღვის სიღრმეში, ძალიან ძლიერიათერმომეტრები, რათა არ მოხდეს მათი დამსხვრევა სითხის წნევით.
ეს წნევა გამოწვეულია შეკუმშვით, ანუ სითხის მოცულობის ცვლილებით. მას აქვს ელასტიურობა ამ ცვლილებასთან მიმართებაში. წნევის ძალები არის ელასტიურობის ძალები. ამიტომ, თუ სითხე მოქმედებს მასთან კონტაქტში მყოფ სხეულებზე, მაშინ ის შეკუმშულია. ვინაიდან ნივთიერების სიმკვრივე იზრდება შეკუმშვის დროს, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ სითხეებს აქვთ ელასტიურობა სიმკვრივის ცვლილებასთან მიმართებაში.
აორთქლება
გავაგრძელებთ თხევადი ნივთიერების თვისებების განხილვას, მივმართავთ აორთქლებას. მის ზედაპირთან, ისევე როგორც უშუალოდ ზედაპირულ ფენაში მოქმედებს ძალები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ამ ფენის არსებობას. ისინი არ აძლევენ მასში შემავალ მოლეკულებს სითხის მოცულობის დატოვების საშუალებას. თუმცა თერმული მოძრაობის გამო ზოგიერთ მათგანს საკმაოდ მაღალი სისწრაფე ავითარებს, რისი დახმარებითაც შესაძლებელი ხდება ამ ძალების დაძლევა და სითხის დატოვება. ჩვენ ამ მოვლენას აორთქლებას ვუწოდებთ. მისი დაკვირვება შესაძლებელია ჰაერის ნებისმიერ ტემპერატურაზე, თუმცა მისი მატებასთან ერთად მატულობს აორთქლების ინტენსივობა.
კონდენსაცია
თუ მოლეკულები, რომლებმაც დატოვეს სითხე, მოიხსნება მის ზედაპირთან ახლოს მდებარე სივრციდან, მაშინ ეს ყველაფერი საბოლოოდ აორთქლდება. თუ მისგან დატოვებული მოლეკულები არ მოიხსნება, ისინი წარმოქმნიან ორთქლს. ორთქლის მოლეკულები, რომლებიც დაეცა სითხის ზედაპირთან მახლობლად, მასში იზიდავს მიზიდულობის ძალებს. ამ პროცესს ეწოდება კონდენსაცია.
აქედან გამომდინარე,თუ მოლეკულები არ მოიხსნება, აორთქლების სიჩქარე დროთა განმავლობაში მცირდება. თუ ორთქლის სიმკვრივე კიდევ უფრო გაიზრდება, მიიღწევა სიტუაცია, როდესაც მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც ტოვებენ სითხეს გარკვეულ დროში, უდრის მასში იმავე დროს დაბრუნებული მოლეკულების რაოდენობას. ეს ქმნის დინამიური წონასწორობის მდგომარეობას. მასში არსებულ ორთქლს გაჯერებული ეწოდება. მისი წნევა და სიმკვრივე იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. რაც უფრო მაღალია ის, მით მეტია თხევადი მოლეკულების რაოდენობა, რომლებსაც აქვთ საკმარისი ენერგია აორთქლებისთვის და მით მეტი უნდა იყოს ორთქლის სიმკვრივე, რათა კონდენსაციამ აორთქლება ტოლი იყოს.
დუღილი
როდესაც თხევადი ნივთიერებების გაცხელების პროცესში მიიღწევა ტემპერატურა, რომლის დროსაც გაჯერებულ ორთქლებს აქვთ იგივე წნევა, როგორც გარე გარემო, წონასწორობა მყარდება გაჯერებულ ორთქლსა და სითხეს შორის. თუ სითხე გადასცემს დამატებით რაოდენობას სითბოს, სითხის შესაბამისი მასა დაუყოვნებლივ გარდაიქმნება ორთქლად. ამ პროცესს ადუღება ჰქვია.
ადუღება არის სითხის ინტენსიური აორთქლება. ეს ხდება არა მხოლოდ ზედაპირიდან, არამედ ეხება მის მთელ მოცულობას. ორთქლის ბუშტები ჩნდება სითხის შიგნით. იმისათვის, რომ სითხიდან ორთქლში გადავიდნენ, მოლეკულებმა ენერგია უნდა შეიძინონ. ეს საჭიროა იმ მიზიდულობის ძალების დასაძლევად, რომლებიც ინარჩუნებენ მათ სითხეში.
დუღილის წერტილი
დუღილის წერტილი არის ის, სადაცარსებობს ორი წნევის თანაბარი - გარე და გაჯერებული ორთქლი. ის იზრდება წნევის მატებასთან ერთად და მცირდება წნევის შემცირებით. იმის გამო, რომ სითხეში წნევა იცვლება სვეტის სიმაღლესთან ერთად, მასში დუღილი ხდება სხვადასხვა დონეზე სხვადასხვა ტემპერატურაზე. მხოლოდ გაჯერებულ ორთქლს, რომელიც დუღილის პროცესში სითხის ზედაპირზე მაღლა დგას, აქვს გარკვეული ტემპერატურა. იგი განისაზღვრება მხოლოდ გარეგანი წნევით. ეს არის ის, რასაც ვგულისხმობთ, როდესაც ვსაუბრობთ დუღილის წერტილზე. იგი განსხვავდება სხვადასხვა სითხეებისთვის, რაც ფართოდ გამოიყენება ინჟინერიაში, კერძოდ, ნავთობპროდუქტების გამოხდისას.
აორთქლების ლატენტური სითბო არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა იზოთერმულად განსაზღვრული სითხის ორთქლად გადაქცევისთვის, თუ გარეგანი წნევა იგივეა, რაც გაჯერებული ორთქლის წნევა.
თხევადი ფილმების თვისებები
ჩვენ ყველამ ვიცით როგორ მივიღოთ ქაფი წყალში საპნის გახსნით. ეს სხვა არაფერია, თუ არა ბევრი ბუშტი, რომელიც შემოიფარგლება სითხისგან შემდგარი ყველაზე თხელი ფილმით. თუმცა, ცალკე ფილმის მიღება ასევე შესაძლებელია ქაფიანი სითხიდან. მისი თვისებები ძალიან საინტერესოა. ეს ფილმები შეიძლება იყოს ძალიან თხელი: მათი სისქე უწვრილეს ნაწილებში არ აღემატება ასიათასედი მილიმეტრს. თუმცა, ისინი ზოგჯერ ძალიან სტაბილურები არიან, ამის მიუხედავად. საპნის ფილმი შეიძლება დაექვემდებაროს დეფორმაციას და გაჭიმვას, წყლის ჭავლი შეიძლება გაიაროს მასში მისი განადგურების გარეშე. როგორ ავხსნათ ასეთი სტაბილურობა? იმისათვის, რომ ფილმი გამოჩნდეს, აუცილებელია მასში ხსნადი ნივთიერებების დამატება სუფთა სითხეში. მაგრამ არა რომელიმე, მაგრამ ასეთი,რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს ზედაპირულ დაძაბულობას.
თხევადი ფილმები ბუნებაში და ტექნოლოგიაში
ტექნოლოგიასა და ბუნებაში ძირითადად ვხვდებით არა ცალკეულ ფილმებს, არამედ ქაფს, რაც მათი კომბინაციაა. ის ხშირად შეიძლება შეინიშნოს ნაკადულებში, სადაც პატარა ნაკადულები ჩავარდება მშვიდ წყალში. წყლის ქაფიანობის უნარი ამ შემთხვევაში დაკავშირებულია მასში ორგანული ნივთიერების არსებობასთან, რომელიც გამოიყოფა მცენარეების ფესვებით. ეს არის მაგალითი იმისა, თუ როგორ ქაფდება ბუნებრივი თხევადი ნივთიერებები. მაგრამ რაც შეეხება ტექნოლოგიას? მშენებლობის დროს, მაგალითად, გამოიყენება სპეციალური მასალები, რომლებსაც აქვთ ფიჭური სტრუქტურა, რომელიც ჰგავს ქაფს. ისინი მსუბუქი, იაფი, საკმარისად ძლიერია, ცუდად ატარებენ ხმას და სითბოს. მათ მისაღებად სპეციალურ ხსნარებს უმატებენ ქაფის აგენტებს.
დასკვნა
მაშ, ჩვენ გავიგეთ, თუ რა ნივთიერებებია თხევადი, აღმოვაჩინეთ, რომ თხევადი მატერიის შუალედური მდგომარეობაა აირისებრსა და მყარს შორის. ამიტომ მას აქვს ორივესთვის დამახასიათებელი თვისებები. თხევადი კრისტალები, რომლებიც დღეს ფართოდ გამოიყენება ტექნოლოგიასა და ინდუსტრიაში (მაგალითად, თხევადკრისტალური დისპლეები) მატერიის ამ მდგომარეობის მთავარი მაგალითია. ისინი აერთიანებენ მყარი და სითხეების თვისებებს. ძნელი წარმოსადგენია, რა თხევად ნივთიერებებს გამოიგონებს მეცნიერება მომავალში. თუმცა, ცხადია, რომ ამ მდგომარეობაში არის დიდი პოტენციალი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას კაცობრიობის საკეთილდღეოდ.
განსაკუთრებული ინტერესი მიმდინარე ფიზიკური და ქიმიური პროცესების განხილვისადმითხევად მდგომარეობაში, იმის გამო, რომ თავად ადამიანი 90% წყლისგან შედგება, რაც ყველაზე გავრცელებული სითხეა დედამიწაზე. სწორედ მასში მიმდინარეობს ყველა სასიცოცხლო პროცესი როგორც მცენარეულ, ასევე ცხოველურ სამყაროში. ამიტომ, ყველა ჩვენგანისთვის მნიშვნელოვანია მატერიის თხევადი მდგომარეობის შესწავლა.
