2. Агрегатний стан речовини - рідина

Рідина, агрегатний стан речовини, проміжне між твердим і газоподібним станами. Ж., зберігаючи окремі риси як твердого тіла, так і газу, має, проте, поряд лише їй властивих особливостей, з яких найбільш характерна - плинність. Подібно до твердого тіла, Ж. зберігає свій об'єм, має вільну поверхню, володіє певною міцністю на розрив при всебічному розтягуванні і т. д. З іншого боку, узята в достатній кількості Ж. приймає форму судини, в якому знаходиться. Принципова можливість безперервного переходу Ж. в газ також свідчить про близькість рідкого і газоподібного станів.

За хімічним складом розрізняють однокомпонентні, або чисті. Ж. і дво-або багатокомпонентні рідкі суміші (розчини). За фізичну природу Ж. діляться на нормальні (звичайні), рідкі кристали з сильно вираженою анізотропією (залежністю властивостей від напрямку) і квантові рідини - рідкі ⁴ He, ³ He та їх суміші - зі специфічними квантовими властивостями при дуже низьких температурах. Нормальні чисті Ж. мають тільки одну рідку фазу (тобто існує один єдиний вид кожної нормальної Ж.). Гелій ⁴ He може знаходитися в двох рідких фазах - нормальної й надтекучої, а рідкокристалічні речовини - в нормальній і однієї або навіть двох анізотропних фазах.

Спільним для всіх нормальних Ж., в тому числі і для сумішей, є їх макроскопічну однорідність і изотропность при відсутності зовнішніх впливів. Ці властивості зближують Ж. з газами, але різко відрізняють їх від анізотропних кристалічних твердих тіл. Аморфні тверді тіла (наприклад, скла), з сучасної точки зору, є переохолодженими Ж. і відрізняються від звичайних Ж. тільки чисельними значеннями кінетичних характеристик (істотно більшою в'язкістю та ін.) Область існування нормальної рідкої фази обмежена з боку низьких температур фазовим переходом в твердий стан - кристалізацією або (залежно від величини прикладеного тиску) фазовим переходом в надтекучий стан для ⁴ He і в рідко-анізотропне стан для рідких кристалів. При тисках нижче критичного тиску р _до нормальна рідка фаза обмежена з боку високих температур фазовим переходом в газоподібний стан - випаровуванням. При тисках р> р _до фазовий перехід відсутній і за своїми фізичними властивостями Ж. в цій області не відрізняється від щільного газу. Найвища температура T _k, при якій ще можливий фазовий перехід Ж. - газ, називається критичною. Значення p _k ? І T _k визначають критичну точку чистої Ж., в якій властивості Ж. і газу стають тотожними. Наявність критичної точки для фазового переходу Ж. - газ дозволяє здійснити безперервний перехід з рідкого стану в газоподібний, минаючи область, де газ і Ж. співіснують. Таким чином, при нагріванні або зменшення щільності властивості Ж. (теплопровідність, в'язкість, Самодифузія та ін), як правило, змінюються у бік зближення з властивостями газів. Поблизу ж температури кристалізації більшість властивостей нормальних Ж. (щільність, стисливість, теплоємність, електропровідність і т. д.) близькі до таких же властивостями відповідних твердих тіл. У табл. наведені значення теплоємності при постійному тиску (С _р) ряду речовин в твердому і рідкому станах при температурі кристалізації. Мале відмінність цих теплоємностей показує, що тепловий рух в Ж. і твердих тілах поблизу температури кристалізації має приблизно однаковий характер.

Молекулярна теорія рідини. За своєю природою сили міжмолекулярної взаємодії в Ж. і кристалах однакові і мають приблизно однакові величини. Наявність у Ж. сильного міжмолекулярної взаємодії обумовлює, зокрема, існування поверхневого натягу на межі Ж. з будь-якою ін середовищем. Завдяки поверхневому натягу Ж. прагне прийняти таку форму, при якій її поверхню (при даному обсязі) мінімальна. Невеликі обсяги Ж. мають зазвичай характерну форму краплі. У відсутності зовнішніх сил, коли діють тільки міжмолекулярні сили (наприклад, в умовах невагомості), Ж. набуває форми кулі. Вплив поверхневого натягу на рівновагу і рух вільної поверхні Ж., меж Ж. з твердими тілами або меж між несмешивающимися Ж. відноситься до області капілярних явищ.