3.3. Характеристика жидкого состояния вещества

Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное положение между газообразными и твердыми телами. Вблизи точки кипения они проявляют сходство с газами: текучи, не имеют определенной формы, аморфны и изотропны, то есть, однородны по своим свойствам в любом направлении. С другой стороны жидкости, как и твердые тела, обладают объемной упругостью, они упруго противодействуют как всестороннему сжатию, так и всестороннему растяжению. Молекулы их стремятся к некоторому упорядоченному расположению в пространстве, то есть, жидкости имеют зачатки кристаллической структуры («ближний порядок»). Подобные свойства особенно проявляются вблизи температуры замерзания.

Наличие «ближнего порядка» жидкостей связано с особенностями теплового движения частиц в них: жидкости обладают более рыхлой структурой по сравнению с твердыми телами. В жидкостях всегда есть свободные места – «дырки», благодаря которым молекулы могут перемещаться, покидая свое место и занимая одну из свободных «дырок». На новом месте каждая молекула в течение некоторого промежутка времени совершает колебательные движения около определенной точки равновесия, затем вновь перемещается в свободную «дырку» и т.д. Таким образом, тепловое движение молекул в жидкости совершается в виде сравнительно резких перемещений этих молекул из одних временных положений в другие и тепловых колебаний в промежутках между перемещением. Именно по этой причине жидкости отличаются высокой текучестью и принимают форму того сосуда, в котором находятся.

Жидкости не подчиняются законам идеальных газов, каждая жидкость характеризуется рядом физических величин: плотностью (, г/см – масса в единице объема); температурой кипения (t_кип, ⁰С); температурой замерзания (t_зам, ⁰С); поверхностным натяжением (, Н/м – это работа необходимая для создания новой площади поверхности); вязкостью (, Па • с – это сопротивление жидкости текучести, по особенностям вязкости жидкости делятся на ньютоновские и структурированные); испарением (характеризует переход молекул жидкости в газообразное состояние, за счет более высокой кинетической энерги, и способностью преодолеть силы молекулярного взаимодействия: вандервальсовы и водородные); способностью образовать ассоциаты (димеры, тримеры), что приводит к повышению температуры кипения, коэффициента преломления, повышению теплоемкости, например у воды, жидкого аммиака, серной кислоты; существуют и другие свойства жидкостей, зависящие от их природы и природы растворенных в них веществ.

Некоторые вещества в жидком состоянии обладают высокой степенью упорядоченности – это кристаллические жидкости, или жидкие кристаллы, которые, как и кристаллические вещества, обладают анизотропными свойствами, то есть, их свойства по различным направлениям различны. Такие системы занимают промежуточное положение между жидким и твердым состоянием. Они обладают текучестью, но имеют дальний порядок – упорядоченность расположения частиц по всему объему. Это связано со строением молекул: они сильно вытянуты, и подобранная форма сильно затрудняет вращение молекул в жидкости и способствует их более упорядочному расположению:

При плавлении кристаллов таких веществ сначала образуется кристаллическая жидкость, которая при дальнейшем повышении температуры превращается в обычную изотропную жидкость. Примеры жидких кристаллов: азосоединения, производные коричной кислоты, азалитинов и стероидов. Их используют для изготовления экранов дисплеев, микрокалькуляторов, циферблатов часов, измерительных приборов в медицине и т.д.