Жидкости

Общие свойства и строение жидкостей

1. Жидкости - тела, которые имеют определенный объем, но не имеют упругости формы. Жидкости отличаются сильным межмолекулярным взаимодействием и малой сжимаемостью. Малая сжимаемость жидкостей объясняется тем, что небольшое уменьшение расстояния между молекулами на малых взаимных расстояниях приводит к появлению больших сил межмолекулярного отталкивания. Коэффициент сжимаемости для жидкостей ­­- от 2*10-6 до 2*10-4 атм-1. 2. Обычные жидкости изотропны, за исключением жидких кристаллов, анизотропность которых в отношении ряда физических свойств связана с преобладанием определенной ориентации молекул. 3. В жидкостях наблюдается ближний порядок - упорядоченное относительное расположение соседних частиц жидкости внутри малых ее объемов. Структура жидкости и ее физические свойства описываются набором функций. Наибольшее значение имеет радиальная функция распределения, характеризующая радиальное распределение частиц вокруг одной из них (центральной).

4. Молекулы жидкости совершают тепловые колебания около положений равновесия со средней частотой 1/t0, близкой к частотам колебаний атомов в кристаллах, и амплитудой, определяемой «свободным объемом», предоставленным молекуле ее соседями. По истечении времени t >> t0 эти положения равновесия смещаются на расстояния порядка 10-8 см.

Поверхностное натяжение. Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения. На молекулы внутри жидкости силы притяжения действуют со всех сторон, уравновешивают друг друга. Сила молекулы на поверхности притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. Сила поверхностного натяжения, которая действует вдоль поверхности жидкости и приводит к образованию на ней подобия невидимой, тонкой и упругой пленки. Следствий, для увеличения площади поверхности жидкости - нужно проделать механическую работу по преодолению сил поверхностного натяжения. Если жидкость оставить в покое, она стремится принять форму сферы. Можно привести много примеров сил поверхностного натяжения в действии из нашей будничной жизни. По этой же причине капли воды на кузове покрытого свежим воском автомобиля собираются в бусинки. Силы поверхностного натяжения используются в промышленности — в частности, при отливке сферических форм, например ружейной дроби. В жидкой воде, например, силы поверхностного натяжения обусловлены водородными связями между молекулами. В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели — сурфактанты, — не дающие воде собираться в капли на какой-либо поверхности.

Пове́рхностно-акти́вные вещества́(ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности разделатермодинамических фаз, вызывают снижениеповерхностного натяжения.

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность— способность вещества снижатьповерхностное натяжениена границе раздела фаз — это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет пределрастворимости(ККМ), с достижением которого при добавлении ПАВ в раствор концентрация на границе раздела фаз остается постоянной, но в то же время происходитсамоорганизациямолекул ПАВ в объёмномрастворе. В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ.

Методы определения ККМ:

• Метод поверхностного натяжения

• Метод измерения краевого угла с тв. или жидкой поверхностью (Contact angle)

• Метод вращающейся капли (Spindrop/Spinning drop)

Смачивание

Сма́чивание— физическое взаимодействиежидкостис поверхностьютвёрдого телаили другой жидкости. Смачивание бывает двух видов:

• Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью)

• Контактное (состоит из трёх фаз — твердая, жидкая, газообразная)

Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекулжидкости с молекулами (илиатомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).

Давление под изогнутой поверхностью жидкости

Рассмотрим поверхность жидкости, опирающуюся на некоторый плоский контур. Если поверхность жидкости не плоская, то стремление её к сокращению приведет к возникновению давления, дополнительного к тому, которое испытывает жидкость с плоской поверхностью. В случае выпуклой поверхности это дополнительное давление положительно , в случае вогнутой поверхности – отрицательно. В последнем случае поверхностный слой, стремясь сократиться, растягивает жидкость.

	Рис. 315

Величина добавочного давления, очевидно, должна возрастать с увеличением коэффициента поверхностного натяжения и кривизны поверхности. Вычислим добавочное давление для сферической поверхности жидкости. Для этого рассечем мысленно сферическую каплю Жидкости диаметральной плоскостью на два полушария (рис. 315).

Из-за поверхностного натяжения оба полушария притягиваются друг к другу с силой, равной

Эта сила прижимает друг к другу оба полушария по поверхности и, следовательно обусловливается дополнительное давление

Как показал Лаплас, формула справедлива для поверхности любой формы, если под Н понимать среднюю кривизну поверхности в той точке, под которой определяется дополнительное давление. Подставив в выражение для средней кривизны, получим формулу для добавочного давления под произвольной поверхностью:

КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ - совокупность явлений, обусловленных действием межфазного поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред; к К. я. обычно относят явления в жидкостях, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с др. жидкостью, газом. К. я.- частный случай поверхностных явлений. В отсутствие силы тяжести поверхность жидкости искривлена всегда. Под воздействием поверхностного натяжения ограниченный объём жидкости стремится принять форму шара, т. е. занять объём с мин. поверхностью. Силы тяжести существенно меняют картину. Жидкость с относительно малой вязкостью быстро принимает форму сосуда, в к-рый налита.мОднако по мере уменьшения массы жидкости роль поверхностного натяжения становится более существенной, чем сила тяжести.

• Мениск— искривлённая свободная поверхность жидкости в месте её соприкосновения с поверхностью твёрдого тела.

• (формула Борелли — Жюрена) — формула, определяющая высоту поднятия жидкости в капиллярах

•  высота поднятия столба жидкости

• — угол смачивания жидкостью стенки капилляра

• g — ускорение свободного падения

• — плотность жидкости

• — плотность газовой фазы

• r₀— радиус капилляра