Dalam kehidupan sehari-hari, kita selalu menjumpai tiga wujud materi - cair, gas, dan padat. Kami memiliki gagasan yang cukup jelas tentang apa itu zat padat dan gas. Gas adalah kumpulan molekul yang bergerak secara acak ke segala arah. Semua molekul benda padat mempertahankan pengaturan timbal baliknya. Mereka hanya berosilasi sedikit.
Fitur zat cair
Dan apa itu zat cair? Fitur utama mereka adalah bahwa, menempati posisi perantara antara kristal dan gas, mereka menggabungkan sifat-sifat tertentu dari kedua keadaan ini. Misalnya, untuk cairan, serta untuk benda padat (kristalin), keberadaan volume adalah karakteristik. Namun, pada saat yang sama, zat cair, seperti gas, mengambil bentuk wadah tempat mereka berada. Banyak dari kita percaya bahwa mereka tidak memiliki bentuknya sendiri. Namun, tidak. Bentuk alami dari cairan apa pun -bola. Gravitasi biasanya mencegahnya untuk mengambil bentuk ini, jadi cairan itu mengambil bentuk wadah atau menyebar tipis di atas permukaan.
Dalam hal sifat-sifatnya, keadaan cair suatu zat sangat kompleks, karena posisi perantaranya. Ini mulai dipelajari sejak zaman Archimedes (2200 tahun yang lalu). Namun, analisis tentang bagaimana molekul zat cair berperilaku masih merupakan salah satu bidang ilmu terapan yang paling sulit. Masih belum ada teori cairan yang diterima secara umum dan sepenuhnya lengkap. Namun, kita dapat mengatakan sesuatu tentang perilaku mereka dengan pasti.
Perilaku molekul dalam cairan
Cairan adalah sesuatu yang dapat mengalir. Urutan jarak pendek diamati dalam susunan partikelnya. Ini berarti bahwa lokasi tetangga yang paling dekat dengannya, sehubungan dengan partikel apa pun, dipesan. Namun, ketika dia menjauh dari orang lain, posisinya dalam hubungannya dengan mereka menjadi semakin tidak teratur, dan kemudian keteraturan itu hilang sama sekali. Zat cair terdiri dari molekul yang bergerak jauh lebih bebas daripada zat padat (dan bahkan lebih bebas dalam gas). Untuk waktu tertentu, masing-masing dari mereka bergegas pertama ke satu arah, lalu ke yang lain, tanpa menjauh dari tetangganya. Namun, molekul cair keluar dari lingkungan dari waktu ke waktu. Dia sampai ke tempat baru dengan pindah ke tempat lain. Di sini sekali lagi, untuk jangka waktu tertentu, dia membuat gerakan seperti goyangan.
Y. I. Kontribusi Frenkel dalam studi cairan
I. I. Frenkel, seorang ilmuwan Soviet, memiliki jasa besar dalam pengembangan sejumlahmasalah pada topik seperti zat cair. Kimia sangat maju berkat penemuannya. Dia percaya bahwa gerakan termal dalam cairan memiliki karakter berikut. Untuk waktu tertentu, setiap molekul berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan. Namun, ia mengubah tempatnya dari waktu ke waktu, bergerak tiba-tiba ke posisi baru, yang dipisahkan dari yang sebelumnya oleh jarak yang kira-kira seukuran molekul itu sendiri. Dengan kata lain, di dalam cairan, molekul-molekul bergerak, tetapi lambat. Beberapa waktu mereka tinggal di dekat tempat-tempat tertentu. Akibatnya, gerakan mereka adalah sesuatu seperti campuran gerakan dalam gas dan benda padat. Fluktuasi di satu tempat setelah beberapa saat digantikan oleh transisi bebas dari satu tempat ke tempat lain.
Tekanan dalam cairan
Beberapa sifat materi cair kita ketahui karena interaksi yang konstan dengannya. Jadi, dari pengalaman kehidupan sehari-hari, kita tahu bahwa ia bekerja pada permukaan benda padat yang bersentuhan dengannya, dengan kekuatan tertentu. Mereka disebut gaya tekanan fluida.
Misalnya, ketika membuka kran air dengan jari dan menyalakan air, kita merasakan bagaimana jari itu menekan. Dan seorang perenang yang telah menyelam sangat dalam tidak secara tidak sengaja mengalami rasa sakit di telinganya. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa gaya tekanan bekerja pada gendang telinga. Air adalah zat cair, sehingga memiliki semua sifat-sifatnya. Untuk mengukur suhu air di kedalaman laut, sangat kuattermometer sehingga tidak dapat dihancurkan oleh tekanan fluida.
Tekanan ini disebabkan oleh kompresi, yaitu perubahan volume cairan. Ini memiliki elastisitas dalam kaitannya dengan perubahan ini. Gaya tekanan adalah gaya elastisitas. Oleh karena itu, jika suatu fluida bekerja pada benda-benda yang bersentuhan dengannya, maka ia dikompresi. Karena densitas suatu zat meningkat selama kompresi, kita dapat mengasumsikan bahwa cairan memiliki elastisitas dalam kaitannya dengan perubahan densitas.
Penguapan
Terus mempertimbangkan sifat-sifat zat cair, kita beralih ke penguapan. Di dekat permukaannya, serta langsung di lapisan permukaan, gaya bertindak yang memastikan keberadaan lapisan ini. Mereka tidak membiarkan molekul di dalamnya meninggalkan volume cairan. Namun, karena gerakan termal, beberapa dari mereka mengembangkan kecepatan yang agak tinggi, dengan bantuan yang memungkinkan untuk mengatasi gaya-gaya ini dan meninggalkan cairan. Kami menyebutnya fenomena penguapan. Hal ini dapat diamati pada setiap suhu udara, namun dengan peningkatannya, intensitas penguapan meningkat.
Kondensasi
Jika molekul yang telah meninggalkan cairan dikeluarkan dari ruang dekat permukaannya, maka semuanya pada akhirnya akan menguap. Jika molekul yang meninggalkannya tidak dihilangkan, mereka membentuk uap. Molekul uap yang telah jatuh ke daerah dekat permukaan cairan ditarik ke dalamnya oleh gaya tarik-menarik. Proses ini disebut kondensasi.
Oleh karena itu,jika molekul tidak dihilangkan, laju penguapan menurun dari waktu ke waktu. Jika densitas uap meningkat lebih jauh, tercapai situasi di mana jumlah molekul yang meninggalkan cairan dalam waktu tertentu akan sama dengan jumlah molekul yang kembali ke cairan dalam waktu yang sama. Ini menciptakan keadaan keseimbangan dinamis. Uap di dalamnya disebut jenuh. Tekanan dan densitasnya meningkat dengan meningkatnya suhu. Semakin tinggi, semakin besar jumlah molekul cair yang memiliki energi yang cukup untuk penguapan dan semakin besar densitas uap yang harus dimiliki agar kondensasi menjadi penguapan yang sama.
Mendidih
Ketika, dalam proses pemanasan zat cair, mencapai suhu di mana uap jenuh memiliki tekanan yang sama dengan lingkungan eksternal, keseimbangan terbentuk antara uap jenuh dan cairan. Jika cairan memberikan sejumlah panas tambahan, massa cairan yang sesuai segera diubah menjadi uap. Proses ini disebut perebusan.
Mendidih adalah penguapan cairan yang intens. Itu terjadi tidak hanya dari permukaan, tetapi menyangkut seluruh volumenya. Gelembung uap muncul di dalam cairan. Untuk menjadi uap dari cairan, molekul perlu memperoleh energi. Hal ini diperlukan untuk mengatasi gaya tarik menarik yang menahan mereka dalam cairan.
Titik didih
Titik didih adalah titik di manaada kesetaraan dua tekanan - uap eksternal dan jenuh. Ini meningkat saat tekanan meningkat dan menurun saat tekanan menurun. Karena kenyataan bahwa tekanan dalam cairan berubah dengan ketinggian kolom, pendidihan di dalamnya terjadi pada tingkat yang berbeda pada suhu yang berbeda. Hanya uap jenuh, yang berada di atas permukaan cairan selama proses perebusan, yang memiliki suhu tertentu. Itu hanya ditentukan oleh tekanan eksternal. Inilah yang kami maksud ketika kami berbicara tentang titik didih. Ini berbeda untuk cairan yang berbeda, yang banyak digunakan dalam teknik, khususnya, saat menyuling produk minyak bumi.
Panas laten penguapan adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah sejumlah cairan yang ditentukan secara isotermal menjadi uap jika tekanan eksternal sama dengan tekanan uap jenuh.
Sifat film cair
Kita semua tahu cara mendapatkan busa dengan melarutkan sabun dalam air. Ini tidak lain adalah banyak gelembung, yang dibatasi oleh film tertipis yang terdiri dari cairan. Namun, film terpisah juga dapat diperoleh dari cairan berbusa. Sifatnya sangat menarik. Film-film ini bisa sangat tipis: ketebalannya di bagian tertipis tidak melebihi seperseribu milimeter. Namun, mereka terkadang sangat stabil, meskipun demikian. Film sabun dapat mengalami deformasi dan peregangan, semburan air dapat melewatinya tanpa merusaknya. Bagaimana menjelaskan stabilitas seperti itu? Agar film muncul, perlu menambahkan zat yang larut di dalamnya ke cairan murni. Tapi bukan sembarang, tapi seperti itu,yang secara signifikan menurunkan tegangan permukaan.
Film cair di alam dan teknologi
Dalam teknologi dan alam, kami terutama bertemu bukan dengan film individu, tetapi dengan busa, yang merupakan kombinasinya. Ini sering dapat diamati di sungai, di mana aliran kecil jatuh ke air yang tenang. Kemampuan air untuk berbusa dalam hal ini terkait dengan adanya bahan organik di dalamnya, yang disekresikan oleh akar tanaman. Ini adalah contoh bagaimana zat cair alami berbusa. Tapi bagaimana dengan teknologinya? Selama konstruksi, misalnya, bahan khusus digunakan yang memiliki struktur seluler menyerupai busa. Mereka ringan, murah, cukup kuat, menghantarkan suara dan panas dengan buruk. Untuk mendapatkannya, bahan pembusa ditambahkan ke larutan khusus.
Kesimpulan
Jadi, kita telah mempelajari zat apa yang cair, menemukan bahwa cairan adalah zat antara gas dan padat. Oleh karena itu, ia memiliki sifat-sifat yang khas dari keduanya. Kristal cair, yang banyak digunakan saat ini dalam teknologi dan industri (misalnya, tampilan kristal cair) adalah contoh utama dari keadaan materi ini. Mereka menggabungkan sifat-sifat padat dan cair. Sulit membayangkan zat cair apa yang akan ditemukan sains di masa depan. Namun, jelas bahwa ada potensi besar dalam keadaan materi ini yang dapat digunakan untuk kepentingan umat manusia.
Ketertarikan khusus pada pertimbangan proses fisik dan kimia yang terjadidalam keadaan cair, karena fakta bahwa orang itu sendiri terdiri dari 90% air, yang merupakan cairan paling umum di Bumi. Di sanalah semua proses vital terjadi baik di tumbuhan maupun di dunia hewan. Oleh karena itu, penting bagi kita semua untuk mempelajari wujud zat cair.
