Класифікація рідин

Структура та фізичні властивості рідини залежать від хімічної індивідуальності складових їх частинок і від характеру і величини взаємодії між ними. Можна виділити кілька груп рідин в порядку зростання складності.

Атомарні рідини або рідини з атомів або сферичних молекул, пов'язаних центральними міжмолекулярним силами (силами Ван дер Ваальса). До цього типу рідин належать, наприклад, рідкий аргон та рідкий метан.

Рідини з двоатомних молекул, які складаються з однакових атомів (рідкий водень, рідкий азот). Такі молекули мають квадрупольний момент.

Рідкі неперехідні метали (натрій, ртуть), в яких зв'язок між частинками (іонами) має металічний характер.

Рідини, що складаються з полярних молекул, пов'язаних диполь-дипольною взаємодією (рідкий бромистий водень).

Асоційовані рідини, або рідини з водневими зв'язками (вода, гліцерин).

Рідини, що складаються з великих молекул, для яких найбільш важливими є внутрішні ступені вільності.

Рідини перших двох груп (іноді трьох) зазвичай називають простими. Прості рідини вивчені краще інших, з непростих рідин добре вивчена вода. У цю класифікацію не входять квантові рідини і рідкі кристали, які представляють собою особливі випадки і повинні розглядатися окремо.

У рідині молекули здебільшого зберігають свою цілісність, хоча чимало рідин є розчинниками, в яких молекули до певної міри дисоціюють. При дисоціації в рідинах утворюються позитивно й негативно заряджені йони. Такі рідини проводять електричний струм (див. Електроліти).

З мікроскопічної точки зору рідини відрізняються від твердих тіл відсутністю далекого порядку, а від газів — ближнім порядком. Це означає, що атоми й молекули рідин здебільшого перебувають щодо своїх сусідів у тих же положеннях, що й у твердому стані, однак цей порядок зберігається для наступного шару сусідів гірше, а надалі зовсім зникає. Ближній порядок у рідинах характеризують радіальною кореляційною функцією.

Рух молекул у рідинах

Молекули рідин здебільшого коливаються навколо тимчасового положення рівноваги, яке утворюється завдяки взаємодії з іншими молекулами. Для рідин потенціальна енергія взаємодії молекули з сусідами більша, ніж кінетична енергія теплового руху. Однак рідини характеризуються також високим коефіцієнтом самодифузії — з часом кожна молекула віддаляється від свого початкового положення. Середній квадрат зміщення від початкового положення молекули пропорційний часу.

Структура рідин: близький порядок, радіальна функція розподілу

Завдяки взаємодії молекули в рідині розташовані не зовсім хаотично. Для характеристики взаємного положення молекул використовується поняття радіальної функції розподілу, яка пропорційна ймовірністі того, що на певній віддалі від якоїсь довільно-вибраної молекули, перебуватиме інша молекула. Для ідеального газу радіальна функція розподілу не залежить від віддалі і всюди дорівноє одиниці - рух молекул газу нескорельований, ймовірність знайти іншу молекулу на певній віддалі однакова. Для кристалу така функція розподілу складається із виразних максимумів, висота яких практично не зменшується з віддаллю. Говорять, що в кристалах зберігається далекий порядок. В рідинах радіальна функція розподілу має кілька максимумів, висота яких зменшується з віддаллю і через кілька середніх міжмолекулярних віддалей стає рівною одиниці. Говорять, що в рідинах зберігається ближній порядок, і не зберігається дальній порядок.

Експериментально радіальну функцію розподілу можна одержати, проаналізувавши дані експериментів із розсіяння рентгенівських променів чи нейтронів.

Мала стисливість рідин пояснюється великим зростанням сил відштовхування між частинками рідини при незначному наближенні одної частинки до другої.