Жидкость это вода: Тетраэдричность жидкостей определила их схожесть с водой

Минеральная лечебная вода (общая минерализация – свыше девяти граммов на один литр). К этой же группе вод можно причислить и минерализованную воду, но насыщенную повышенным количеством веществ, относящихся к категории ядовитых, например, мышьяк или бор. Подобную воду следует пить строго в соответствии с рекомендациями врача, точно соблюдая дозировку, время приема и температурный режим.

Особого внимания заслуживает газированная минеральная вода. Ее главное отличие – присутствие углекислого газа, который является средством дезинфекции и консервации.

«Газированная вода способствует более быстрому перевариванию пищи, усилению выработки желудочного сока, но употреблять ее нужно в небольших количествах, так как углекислый газ также способствует повышению кислотности в желудке, что может привести к метеоризму, раздражению слизистой желудка и к гастриту», – объясняет доктор.

В целом, неконтролируемое употребление минеральной воды может привести к нарушению солевого баланса в организме человека. Абсолютно все минеральные воды имеют свой уникальный химический состав, который показан к употреблению не всем.

Избыток минералов в организме как взрослого, так и ребенка может спровоцировать отеки. Кроме того, минеральные соли раздражают почки и мочевой пузырь, что приводит к патологическому образованию камней и песка в этих органах. Минеральные воды противопоказаны людям с некоторыми сердечными заболеваниями, хроническим нефритом и гипертонией, с осторожностью их нужно употреблять детям.

«Вода в пластиковых бутылках может быть опасной» – ПРАВДА

Хранить воду в пластиковых бутылках, на первый взгляд, удобно и практично. Сама вода в них может не содержать вредных примесей. Пластик, из которого производят бутылки, сам по себе не токсичен. Но при неправильном хранении и нагревании он начинает представлять опасность, выделяя в жидкость продукты химического распада.

Пластиковые бутылки

По ее словам, даже незначительное нагревание запускает процесс перемещения токсических молекул из пластиковой бутылки в жидкость, которой она наполнена.

Еще один фактор, увеличивающий риск хронической интоксикации – повторное использование пластиковых бутылок.

Таким образом, чтобы обезопасить себя от попадания в организм вредных веществ, необходимо внимательно следить не только за количеством и качеством употребляемой воды, но и за соблюдением условий ее хранения.

«Вода помогает похудеть» – ПРАВДА

Во-первых, в воде нет калорий, поэтому утолять жажду спортсменам и людям, сидящим на диете, рекомендуется именно водой.

Во-вторых, она активно участвует в процессе обмена веществ. Стакан воды утром натощак и регулярно за полчаса до еды и тренировки повысит эффективность снижения веса.

В-третьих, вода снижает аппетит, заполняя пространство желудка и не позволяя съесть лишнего. Так, выпив стакан воды перед едой, можно избежать переедания.

«За питьевым режимом нужно следить не только худеющим, но и тем, кто стремится набрать мышечную массу. Так как без нужного количества жидкости в клетках мышечной ткани процесс синтеза белка будет проходить замедленно», – комментирует врач.

«Нельзя пить воду во время еды» – МИФ

«Приверженцы данного мифа считают, что вода разбавляет желудочный сок и приводит к ухудшению процессов пищеварения. Это ошибочное мнение», – считает эксперт. – На самом деле употребление воды во время еды не оказывает значительного влияния на концентрацию желудочного сока. Соляная кислота в его составе выделяется в соответствии с количеством поступающей пищи».

Пить воду во время еды нужно, подчеркивает Мишустина. Вода размягчает пищу и облегчает ее переваривание. При этом запивать еду холодной водой врачи не рекомендуют, лучший вариант – теплая вода или несладкий чай. Фруктовые и овощные соки нужно употреблять отдельно, за 30 минут до еды или спустя час после. А вот в сочетании с супом стакан воды пользы не принесет и только растянет желудок.

Вода в стакане

Так сколько же воды надо выпивать ежедневно? И зачем?

• Джессика Браун
• BBC Future

14 апреля 2019

Автор фото, Getty Images

Вы часто слышите этот совет: пейте больше воды. И когда устали, и когда кожа слишком сухая… Но совету этому — очень много лет. Есть ли у него научные основания?

В начале XIX века воду давали тем, кто был при смерти. Как писал отец гидропатии (водолечения) Винценц Присниц, только тому, кто находился на грани полного истощения, давали утолить жажду.

И нас продолжают бомбардировать откровениями, что, мол, выпивая определенное количество литров воды в день, мы открываем секретную дверь к отличному здоровью. Что это дает нам больше энергии, делает прекрасной нашу кожу, помогает сбросить вес и избежать рака.

В Лондоне тем, кто каждый день пользуется метро, рекомендуют всегда иметь с собой бутылку воды. Школьникам советуют приносить воду на уроки. И редкое офисное совещание обходится без кувшина с водой, величаво возвышающегося в центре стола.

Автор фото, Getty Images

Многие считают, что необходимо выпивать по меньшей мере восемь стаканов воды в день

Аппетит к воде подогревается неофициальным правилом: выпивать восемь стаканов (по 240 мл каждый) в день, что в общем дает чуть меньше двух литров в день, причем не считая любых других напитков.

Это «правило», однако, не подкреплено научными исследованиями — и ни в британских, ни в общеевропейских официальных рекомендациях не говорится о том, что мы должны пить так много.

Откуда же это пошло? Вероятнее всего, от неправильного толкования двух разных инструкций, составленных десятилетия назад.

В 1945 году американская комиссия по продовольствию и питанию Национального научно-исследовательского совета рекомендовала взрослым потреблять один миллилитр жидкости на каждую рекомендованную калорию пищи — что равняется двум литрам для женщин на диете в 2000 калорий и двум с половиной литрам — для мужчин, потребляющих 2500 калорий.

Подчеркнем: речь шла не просто о воде, а о любом типе напитков. А также о фруктах и овощах, которые состоят до 98% из воды.

Автор фото, Getty Images

В рекомендациях, на которые так любят ссылаться некоторые, на самом деле речь шла не только о воде в чистом виде

Кроме того, в 1974 году в книге «Питание для крепкого здоровья», написанной диетологами Маргарет Макуильямс и Фредериком Стэром, давалась такая рекомендация: среднестатистическому взрослому надо выпивать от шести до восьми стаканов воды в день.

Однако, как писали авторы, это может включать в себя фрукты и овощи, кофе и газированные напитки. И даже пиво.

На жажду уповаем

Конечно, вода важна. Человеческий организм состоит из нее на две трети. Вода разносит по нему питательные вещества и выводит шлаки, регулирует температуру тела, играет роль смазки и предохраняет суставы от чрезмерной нагрузки. Она участвует в большинстве химических реакций внутри нашего тела.

Мы постоянно теряем влагу, потея, мочась, а также через дыхание. Обеспечить свой организм достаточным количеством воды — задача правильная. Избегать обезвоживания — очень верно.

Симптомы обезвоживания появляются, когда мы теряем 1-2% влаги нашего организма, и пока мы не восполним эту потерю, наше состояние будет ухудшаться. В редких случаях такое даже приводит к летальному исходу.

Автор фото, Getty Images

Здоровый организм чувством жажды обращает наше внимание на угрозу обезвоживания

Годы внушения нам правила восьми стаканов в день привели к тому, что мы считаем: жажда означает, что наш организм опасно обезвожен.

Однако большинство экспертов сходятся на том, что нам не нужно воды больше, чем просит наш организм — когда он просит.

«Контроль над гидратацией — это один из самых сложных механизмов, который в ходе эволюции развил человеческий организм. (..) Мы располагаем огромным количеством изощренных приемов для поддержания нужного уровня гидратации», — говорит Ирвин Розенберг из лаборатории неврологии и старения Университета Тафтс в штате Массачусетс.

В здоровом организме мозг засекает, когда тело начинает обезвоживаться, и создает ощущение жажды, чтобы мы начали пить. Кроме того, он посылает в организм гормон, дающий сигнал почкам сохранять влагу, повышая концентрацию мочи.

«Если вы прислушиваетесь к своему телу, оно само подаст вам сигнал о том, что надо пить», — отмечает Кортни Киппс, спортивный врач-консультант и преподаватель, медицинский директор соревнований по триатлону в Лондоне и Бленхейме.

Автор фото, BBC/Getty

Вода — наиболее здоровый вариант, но чай, кофе и даже алкогольные напитки тоже помогают избежать обезвоживания

Вода не содержит лишних калорий, поэтому она — самый здоровый вариант, но другие напитки тоже помогают гидратации (в том числе чай и кофе).

Пить за здоровье

Не существует достаточных доказательств того, что если пить больше воды, чем требует наш организм, то это дает какие-либо преимущества и помогает избежать обезвоживания.

Тем не менее исследования заставляют думать, что есть некоторые важные плюсы в том, чтобы предупредить даже раннюю стадию обезвоживания.

Например, несколько экспериментов показали, что потребление воды, достаточное для недопущения умеренной степени обезвоживания, помогает поддержать функционирование мозга и нашу способность выполнять простые задачи.

Результаты некоторых исследований показывают, что потребление жидкости может помочь бороться с лишним весом.

Профессор Вирджинского политехнического института и госуниверситета Бренда Дейви провела несколько исследований на эту тему.

В одном она разбила участников на две группы. Обе группы придерживались на протяжении трех месяцев здоровой диеты, но членов одной попросили выпивать 500 мл воды за полчаса до любого приема пищи. В результате эта пьющая группа потеряла больше килограммов, чем другая.

Членов обеих групп попросили также стремиться проходить 10 000 шагов в день, и те, кто пил воду, лучше справлялись с задачей.

Дейви предполагает, что так было потому, что умеренное обезвоживание (1-2%) — довольно распространенная вещь, и многие даже не ощущают его. Но даже такая степень обезвоживания может влиять на наше настроение и на уровень энергии в организме.

Но Барбара Роллс, профессор медицины интенсивной терапии Лондонского университетского колледжа, считает, что любая потеря веса, приписанная выпиванию воды, скорее всего происходит оттого, что простой водой заменяют сладкие напитки.

«Выпитая вода сама по себе быстро выводится из желудка, — отмечает она. — Но если вы потребляете больше воды вместе с пищей (такой, как суп), это помогает насытиться, так как в этом случае вода остается с пищей в желудке дольше».

Теперь о влиянии выпиваемой воды на цвет и качество вашей кожи. Научных доказательств пользы здесь не существует.

Плохо ли, когда слишком много?

Те из нас, кто стремится выпивать по восемь стаканов в день, не причинят себе этим вреда. Но вера в то, что нам нужно пить даже тогда, когда организм не посылает нам соответствующих сигналов, может завести нас на опасную территорию.

Потребление слишком большого количества жидкости иногда становится причиной снижения концентрации натрия в крови. Это может привести к отеку мозга и легких, поскольку организм будет пытаться восстановить уровень натрия.

Автор фото, Getty Images

Многие из нас часто бывают в умеренной степени обезвожены и не замечают этого

В течение последних десяти лет Кортни Киппс была свидетелем смерти по меньшей мере 15 атлетов от перегидратации — это случилось во время спортивных соревнований.

Она считает, что такие случаи отчасти стали результатом нашего неверия в собственный организм, в его способность к саморегуляции.

«Сестры и врачи в больницах могут видеть пациентов, чей организм сильно обезвожен, пробывших без воды долгое время. Но это совсем не то, что происходит со спортсменами-марафонцами», — подчеркивает она.

Джоанна Пакенем бежала Лондонский марафон в 2018 году, самый жаркий по погодным условиям. Однако большую часть дистанции она просто не помнит, так как пила столько воды, что у нее развилась перегидратация, гипонатриемия. В тот же день ее доставили в больницу.

«Моя подруга и мой партнер считали, что я обезвожена, и дали мне выпить огромный стакан воды. Я упала в обморок, мое сердце остановилось. Меня перевезли на вертолете в больницу, и я оставалась без сознания с вечера воскресенья до вторника», — вспоминает она.

Автор фото, BBC/Getty

Мы редко об этом задумываемся, но слишком много жидкости — это тоже опасно для организма

Пакенем, которая планирует снова бежать марафон в этом году, говорит, что единственный совет, который она слышала от друзей и читала на плакатах марафона, был такой — пить больше воды.

«Все, что мне надо было сделать — выпить несколько таблеток электролита, который поднимает уровень натрия в крови, — рассказывает она. — Я была участницей нескольких марафонов, а этого не знала».

«Мне хочется, чтобы люди знали: даже что-то такое простое может нести смертельную опасность».

Так сколько же?

«Максимум того, что при самом страшном зное в центре пустыни может выйти с потом из тела человека — это два литра за час, но такое очень трудно осуществить», — говорит Хью Монтгомери, директор исследований Института спорта, физических упражнений и здоровья в Лондоне.

«Что касается идеи всегда носить с собой поллитровую бутылку воды для 20-минутной поездки в лондонском метро — вам никогда не станет настолько жарко, что вам понадобится вся эта вода. Даже если пот с вас будет течь ручьями».

Автор фото, Getty Images

Специалисты британской Национальной системы здравоохранения советуют выпивать от шести до восьми стаканов жидкости в день, в том числе кофе или чая (но лучше — несладких)

Кроме того, важно помнить, что механизмы жажды в нашем организме после 60 лет начинают терять чувствительность.

«По мере того, как мы стареем, наш природный механизм жажды становится все менее чувствительным. Мы более подвержены обезвоживанию, чем в молодости. В пожилом возрасте нам надо быть более внимательными к потреблению жидкости, чтобы не допускать обезвоживания», — говорит Дейви.

Большинство экспертов согласны с тем, что наша потребность в жидкости зависит от возраста, веса и пола — и от условий окружающей среды и уровня физической активности.

«Одно из заблуждений правила восьми стаканов — очень сильное упрощение того, как наши организмы реагируют на окружающую среду», — говорит Розенберг.

Большинство специалистов сходится на том, что нам не надо так уж сильно заботиться о выпивании произвольно назначенного количества воды ежедневно.

В нужный момент наши тела пошлют нам сигнал в виде чувства жажды. Точно так же, как они это делают, когда мы голодны или устали.

Единственное, что может быть полезным для вашего здоровья, когда вы пьете больше воды, чем нужно, — вы израсходуете дополнительные калории, чаще бегая в туалет.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Жидкие Свойства | Безграничная химия

Структура и свойства воды

Вода (H ₂ O) обладает множеством интересных и уникальных свойств.

Цели обучения

Опишите структуру и свойства воды.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Вода представляет собой жидкость при стандартной температуре и давлении (25 градусов Цельсия и 1 атм для жидкостей).
• Вода без вкуса и запаха.
• Вода прозрачна в видимой части электромагнитного спектра.
• Вода может действовать как кислота или щелочь.
• Вода — универсальный растворитель, растворяющий многие вещества, встречающиеся в природе.

Ключевые термины

• амфотерный : молекула, которая может действовать как кислота или основание в зависимости от своего химического окружения. Например, вода (h3O) амфотерная.
• диполь : Любая молекула или радикал, имеющий делокализацию положительных и отрицательных зарядов.
• равновесие : состояние реакции, в котором скорости прямой и обратной реакций равны.
• фазовая диаграмма : График, показывающий фазу, которую имеет образец вещества при различных условиях температуры и давления.

Свойства воды

Вода — это самый распространенный компонент на поверхности Земли. В природе вода существует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Он находится в динамическом равновесии между жидкостью и газом при 0 градусах Цельсия и давлении 1 атм.При комнатной температуре (примерно 25 градусов Цельсия) это жидкость без вкуса, запаха и цвета. Многие вещества растворяются в воде, и ее обычно называют универсальным растворителем.

Свойства воды
Молекулярная формула	H 2 O
Молярная масса	18,0 1528 (33) г / моль
Внешний вид	белое твердое вещество или почти бесцветное, прозрачное с оттенком синего, кристаллическое твердое вещество или жидкость
Плотность	1000 кг / м 3 , жидкость (4º C) (62. 4 фунта / куб. футов)
Температура плавления	0º C, 32º F, (273,15 K)
Кислотность (p K a )	15,74 ~ 35–56
Основность (p K b )	15,74
Показатель преломления ( n D )	1,3330
Вязкость	0,001 Па при 20 ° C

Фазы воды

Как и многие другие вещества, вода может принимать различные формы. Его жидкая фаза, самая распространенная фаза воды на Земле, обычно обозначается словом «вода».

Твердая фаза (лед)

Твердая фаза воды известна как лед и обычно имеет структуру твердых амальгамированных кристаллов, таких как кубики льда, или рыхлых гранулированных кристаллов, таких как снег. В отличие от большинства других веществ, твердая форма воды (лед) на менее плотна на , чем ее жидкая форма, в результате природы ее гексагональной упаковки внутри ее кристаллической структуры.Эта решетка содержит больше места, чем когда молекулы находятся в жидком состоянии.

Гексагональная структура льда : Являясь естественным кристаллическим неорганическим твердым веществом с упорядоченной структурой, лед считается минералом. Он обладает регулярной кристаллической структурой, основанной на молекулярной структуре воды, которая состоит из одного атома кислорода, ковалентно связанного с двумя атомами водорода: H-O-H.

Тот факт, что плотность льда меньше плотности жидкой воды, имеет важное последствие — лед плавает.

Плотность льда и воды как функция температуры : твердая форма большинства веществ более плотная, чем жидкая фаза; поэтому блок данного твердого вещества обычно тонет в соответствующей жидкости. Однако ледяная глыба плавает в жидкой воде, потому что лед менее плотен, чем жидкая вода. На вставке более подробно показана кривая в диапазоне 0-10 градусов Цельсия. Жидкая вода наиболее плотная при 4 градусах Цельсия.

Жидкая фаза (вода)

Вода — это прежде всего жидкость при стандартных условиях (25 градусов Цельсия и давление 1 атм).Эту характеристику нельзя было предсказать по ее взаимосвязи с другими газообразными гидридами семейства кислорода в периодической таблице Менделеева, такими как сероводород. Элементы, окружающие кислород в периодической таблице, — азот, фтор, фосфор, сера и хлор — все объединяются с водородом с образованием газов в стандартных условиях. Вода образует жидкость вместо газа, потому что кислород более электроотрицателен, чем окружающие элементы, за исключением фтора. Кислород притягивает электроны намного сильнее, чем водород, что приводит к частичному положительному заряду на атомах водорода и частичному отрицательному заряду на атоме кислорода.Наличие такого заряда на каждом из этих атомов дает молекуле воды чистый дипольный момент.

Электрическое притяжение между молекулами воды, вызванное этим диполем, сближает отдельные молекулы, затрудняя разделение молекул и, следовательно, повышая температуру кипения. Этот тип притяжения известен как водородная связь. Молекулы воды постоянно движутся относительно друг друга, а водородные связи непрерывно разрываются и реформируются с интервалами короче 200 фемтосекунд (200 x 10 ^-15 секунд).

Расположение молекул воды в жидкой фазе : Молекулы воды выстраиваются в соответствии с их полярностью, образуя водородные связи (обозначено цифрой «1»).

Многие физические и химические свойства воды (в том числе ее способность к растворителю) частично связаны с кислотно-основными реакциями, частью которых она может быть. Воду можно описать как амфотерную молекулу, что означает, что она может реагировать как кислотой Бренстеда-Лоури, так и основанием. — (aq) [/ latex]

Газовая фаза (водяной пар)

Газообразная фаза воды известна как водяной пар (или пар) и характеризуется прозрачным облаком.Вода также существует в редком четвертом состоянии, называемом сверхкритической жидкостью, которое встречается только в крайне непригодных для жизни условиях. Когда вода достигает определенной критической температуры и определенного критического давления (647 K и 22,064 МПа), жидкая и газовая фазы сливаются в одну гомогенную жидкую фазу, которая имеет общие свойства как газа, так и жидкости.

Фазовая диаграмма воды

Вода замерзает, образуя лед, лед тает, образуя жидкую воду, и вода и лед могут переходить в парообразное состояние.Фазовые диаграммы помогают описать, как вода меняет состояние в зависимости от давления и температуры.

Фазовая диаграмма воды : Три фазы воды — жидкая, твердая и паровая — показаны в пространстве температура-давление.

Обратите внимание на следующие ключевые моменты на фазовой диаграмме:

• Критическая точка (CP), выше которой существуют только сверхкритические жидкости.
• Тройная точка (TP), четко определенная координата в месте пересечения кривых, в которой три состояния вещества (твердое тело, жидкость, газ) находятся в равновесии друг с другом.
• Четко определенные границы между твердым телом и жидкостью, твердым телом и газом, жидкостью и газом. Во время фазового перехода между двумя фазами (то есть вдоль этих границ) фазы находятся в равновесии друг с другом.

Полярность воды

Полярная природа воды — особенно важная особенность, которая способствует уникальности этого вещества. Молекула воды образует угол с атомом кислорода на вершине и атомами водорода на концах. Поскольку кислород имеет более высокую электроотрицательность, чем водород, сторона молекулы с атомом кислорода имеет частичный отрицательный заряд.Объект с такой разностью зарядов называется диполем (что означает «два полюса»). Кислородный конец частично отрицательный, а водородный частично положительный; из-за этого направление дипольного момента указывает от кислорода к центральному положению между двумя атомами водорода. Эта разница зарядов заставляет молекулы воды притягиваться друг к другу (относительно положительные области притягиваются к относительно отрицательным областям), а также к другим полярным молекулам. Это притяжение способствует образованию водородных связей и объясняет многие свойства воды (включая ее способность действовать как растворитель для многих веществ).

Полярность молекулы воды : Из-за разницы в электроотрицательности между атомами водорода (H) и кислорода (O) и изогнутой формы молекулы H ₂ O существует суммарный дипольный момент. Цифра указывает частичные заряды, которыми обладают атомы.

Молекула воды может образовывать максимум четыре водородные связи, принимая два атома водорода и отдавая два атома водорода. Хотя водородная связь является относительно слабым притяжением по сравнению с ковалентными связями внутри самой молекулы воды (внутримолекулярные связи), она отвечает за ряд физических свойств воды.Одно из таких свойств — относительно высокие температуры плавления и кипения; требуется больше энергии, чтобы разорвать водородные связи между молекулами, чтобы перейти в фазу с более высокой энергией.

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение — это тенденция к сжатию поверхности жидкости, которая позволяет ей сопротивляться внешней силе.

Цели обучения

Определите поверхностное натяжение.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Поверхностное натяжение — фундаментальное свойство поверхности жидкости.
• Поверхностное натяжение отвечает за искривление поверхностей воздуха и жидкостей.
• Поверхностное натяжение отвечает за способность некоторых твердых предметов «плавать» на поверхности жидкости.
• Поверхностное натяжение определяет форму границы раздела двух несмешивающихся жидкостей.

Ключевые термины

• кривизна : степень искривления изогнутой формы.
• энергия : величина, обозначающая способность системы выполнять работу.Он имеет размеры масса × расстояние² / время², например, 1 кг м2 / сек2 = 1 Джоуль (Дж).
• напряжение : Сила, передаваемая через веревку, веревку, трос или аналогичный объект (используется с предлогами on, in или of, чтобы передать, что одинаковая величина силы применяется к объектам, прикрепленным к обоим концам).

Жидкости есть жидкости

Жидкости и твердые вещества имеют общий атрибут: четкую и различимую границу фаз, которая придает образцу простую, но определенную форму. У жидкостей и твердых тел есть кое-что еще: большинство их молекулярных единиц до некоторой степени находятся в относительно тесном контакте.Однако жидкости, как и газы, являются жидкостями, а это означает, что их молекулярные единицы могут двигаться более или менее независимо друг от друга. В то время как объем газа полностью зависит от давления, объем жидкости в значительной степени не зависит от атмосферного давления. Следовательно, газы сжимаемы, а жидкости почти нет.

Силы сцепления приводят к поверхностному натяжению

Схема сил, действующих на молекулы в жидкости : В объеме жидкости силы одинаковы во всех направлениях, в то время как на поверхности суммарный эффект направлен «вниз» внутрь.

Молекулы в образце жидкости, которые полностью находятся во внутреннем объеме, окружены другими молекулами и взаимодействуют с ними на основе межмолекулярных сил притяжения, которые присутствуют в молекулах этого типа. Однако молекулы на границе с другой средой (обычно воздухом) не имеют других подобных молекул на всех своих сторонах (а именно, наверху), поэтому они более прочно сцепляются с молекулами на поверхности и непосредственно под ними. В результате образуется поверхностная пленка, которая затрудняет проникновение объекта сквозь поверхность, чем его перемещение после погружения в образец жидкости. Следовательно, силы сцепления приводят к явлению поверхностного натяжения .

Уравнение Юнга-Лапласа

Поверхностное натяжение отвечает за форму жидкой капли. Хотя капли воды легко деформируются, они имеют тенденцию принимать сферическую форму за счет сил сцепления поверхностного слоя. В отсутствие других сил, включая гравитацию, капли практически всех жидкостей были бы идеально сферическими. Если никакая сила не действует перпендикулярно (перпендикулярно) натянутой поверхности, поверхность должна оставаться плоской.Но если давление на одной стороне поверхности отличается от давления на другой стороне, разница давлений, умноженная на площадь поверхности, дает нормальную силу. Чтобы силы поверхностного натяжения нейтрализовали эту силу из-за давления, поверхность должна быть искривленной. Когда все силы уравновешены, кривизна поверхности является хорошей мерой поверхностного натяжения, которое описывается уравнением Юнга-Лапласа:

[латекс] \ Delta P = \ gamma \ left (\ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \ right) [/ latex]

где [латекс] \ Delta P [/ latex] — это перепад давления на границе раздела, [латекс] \ gamma [/ latex] — измеренное поверхностное натяжение, а [латекс] R_1, R_2 [/ latex] — главные радиусы кривизны, которые указывают степень кривизны.

Это уравнение описывает форму и кривизну водяных пузырей и луж, «следы» насекомых, ходящих по воде, и феномен иглы, плавающей на поверхности воды. Хотя игла плотнее воды, она плавает, потому что поверхностное натяжение — это тенденция к сжатию поверхности жидкости, которая позволяет ей сопротивляться внешней силе. Это свойство вызвано сплоченностью подобных молекул и отвечает за многие свойства жидкостей.

Разрешение сил на «плавающей игле» : для иглы, плавающей на поверхности жидкости, направленная вниз сила веса иглы уравновешивается направленными вверх силами поверхностного натяжения жидкости.Обратите внимание, что силы поверхностного натяжения симметричны.

Потенциальная энергия молекул в жидкости

Представляя форму жидкой капли или кривизну поверхности жидкости, нужно иметь в виду, что молекулы на поверхности находятся на другом уровне потенциальной энергии, чем молекулы внутри. Другими словами, существует разница в энергии между внутренним пространством и поверхностью: чтобы переместить молекулу изнутри на поверхность, требуется энергия.Жидкости (например, в форме капли) имеют такую ​​форму, которая сводит к минимуму энергию на поверхности. Опять же, поскольку энергия на поверхности в значительной степени обусловлена ​​межмолекулярными силами притяжения между частицами на поверхности и внутри, поверхностное натяжение является индикатором степени этих сил. Различные жидкости и растворы имеют разное поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение некоторых распространенных жидкостей и растворов в дин / см (обратите внимание на особенно высокое поверхностное натяжение воды):

• вода, H (OH): 72.7
• бензол, C ₆ H ₆ : 40.0
• глицерин, C ₃ H ₂ (OH) ₃ : 63.0
• раствор сахарозы (85% в воде): 76,4

Единицы поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение выражается в единицах силы на единицу длины или энергии на единицу площади (например, Н / м или Дж / м ² ). Эти два понятия эквивалентны, но, говоря об энергии на единицу площади, люди используют термин «поверхностная энергия», который является более общим термином в том смысле, что он применяется как к твердым телам, так и к жидкостям.

Пример поверхностного натяжения : Водомеры могут «ходить» по воде в результате поверхностного натяжения.

Вязкость

Вязкость — это мера сопротивления жидкости течению.

Цели обучения

Опишите вязкость.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Сопротивление жидкости течению можно охарактеризовать вязкостью.
• Вязкость зависит от межмолекулярных сил, присутствующих в жидкости.
• Вязкость сильно зависит от температуры.

Ключевые термины

• вязкость : Величина, выражающая сопротивление жидкости потоку. Его можно интерпретировать как меру внутреннего трения в жидкости.
• Ламинарный поток : плавное течение жидкости в трубе или трубе.

Ламинарный поток

Когда жидкость плавно течет по трубе или трубе, движение можно рассматривать как состоящее из слоев или пластин.Это называется ламинарным потоком (также известным как обтекаемый поток), и скорость потока жидкости изменяется от близкой к нулю около границ трубы до максимальной в центре.

Ламинарный поток : Скорость слоев или пластин жидкости при плавном течении. Скорость наибольшая в центре трубы.

Если мы рассмотрим один из этих слоев как движущуюся пластину внутри жидкости, то скорость будет максимальной прямо под движущейся пластиной, но будет постепенно уменьшаться по мере того, как мы удаляемся от пластины в направлении, перпендикулярном потоку.

Движущаяся пластина в жидкости : Скорость жидкости (в направлении x) максимальна вблизи движущейся пластины и становится все меньше по мере того, как мы удаляемся от пластины в перпендикулярном или y- направлении. Обратите внимание на величину векторов скорости для слоев, все более удаленных от движущейся пластины.

Описание вязкости

Сила, необходимая для перемещения пластины с постоянной скоростью, прямо пропорциональна площади пластины и градиенту скорости жидкости, поскольку мы движемся на большем перпендикулярном расстоянии от пластины (что означает, насколько быстро скорость слоев изменяется как отходим от тарелки).Отсюда следует следующее количественное соотношение:

[латекс] F = \ eta \ cdot A \ cdot \ frac {dv_x} {dy} [/ latex]

где F — сила, необходимая для перемещения пластины (с постоянной скоростью), A — площадь пластины, [latex] \ frac {dv_x} {dy} [/ latex] — изменение ламинарной скорости относительно перпендикулярное расстояние к пластине (направление y). 2 [/ latex] (или [латекс] Па \ cdot \ text {sec} [/ latex]).

Вязкость сильно зависит от температуры, поэтому при сообщении значения количества необходимо указать температуру, при которой было произведено измерение.

Зависимость вязкости от температуры : Вязкость воды сильно варьируется в диапазоне температур жидкой формы.

Экспериментальные измерения

Вязкость можно измерить, наблюдая время, необходимое для того, чтобы данный объем жидкости протек через узкую часть трубки вискозиметра, специального прибора, используемого для таких измерений.

Существуют различные типы вискозиметров и реометров. Реометр используется для жидкостей, которые нельзя определить по одному значению вязкости. Для их установки и измерения требуется больше параметров, чем для вискозиметра. Тщательный контроль температуры жидкости необходим для получения точных измерений, особенно для таких материалов, как смазочные материалы, вязкость которых может удвоиться при изменении всего на 5 ° C.

При измерении вязкости прикладывается деформация с определенной скоростью, называемой скоростью сдвига.Результирующее напряжение измеряется как деформация, в случае жидкости — как легкость течения. Существует несколько способов изменения напряжения в зависимости от напряжения. В простых линейных системах он прямо пропорционален, а иногда и постоянен. В других системах она увеличивается или уменьшается с увеличением скорости сдвига.

Жидкости с постоянной вязкостью в диапазоне скоростей сдвига называются ньютоновскими, а жидкости с непостоянной вязкостью — неньютоновскими. В последней категории жидкости, вязкость которых уменьшается при увеличении скорости сдвига, называются разжижающимися при сдвиге (примеры включают зубную пасту и домашнюю краску), а жидкости, вязкость которых увеличивается при увеличении скорости сдвига, называются утолщениями при сдвиге.

График вязкости : На этом рисунке показаны относительные отношения между напряжением сдвига и деформацией сдвига для различных материалов.

Межмолекулярные силы, влияющие на вязкость вещества

Вязкость вещества связана с силой межмолекулярных сил, действующих между его молекулярными единицами. В случае воды эти силы в первую очередь связаны с водородными связями. Такие жидкости, как сиропы и мед, намного более вязкие, потому что содержащиеся в них сахара содержат гидроксильные группы (–OH).Они могут образовывать множественные водородные связи с водой и друг с другом, создавая липкую неупорядоченную сеть, которая значительно затрудняет течение (что приводит к высокой вязкости).

В большей части нашей повседневной деятельности мы действуем как вискозиметры, определяя вязкость жидкостей и оценивая их пригодность для конкретной цели. Например, некоторые люди добавляют сливки и сахар в кофе или чай не только из-за вкуса, но и из-за ощущения во рту. В этом случае мы проталкиваем жидкость через небольшой промежуток между языком и нёбом, ощущая толщину и гладкость.Сливки и сахар добавляют твердые частицы к водянистому чаю и кофе, что увеличивает вязкость раствора.

В другом случае мы судим о качестве соуса по тому, как он течет и прилипает к определенным продуктам — салатная заправка к салату, джем или желе к тостам, кетчуп или майонез к жареным продуктам — текучесть и сцепление связаны с вязкостью . Если вы поместите мед или кукурузный сироп в холодильник, он значительно загустеет по сравнению с его толщиной при комнатной температуре.Мы видим, что вязкость сильно зависит от температуры.

В повседневной жизни вязкость определяется как толщина или внутреннее трение внутри вещества. Поэтому мы говорим, что вода имеет толщину , , имеет низкую вязкость, а мед — , толщина, , имеет высокую вязкость. Когда жидкость менее вязкая, она легче течет.

Interactive: молекулярный взгляд на жидкость : исследуйте структуру жидкости на молекулярном уровне.

Капиллярное действие

Капиллярное действие — это способность жидкости течь в узких пространствах без помощи внешних сил и против них.

Цели обучения

Отличить капиллярное действие от других сил

Основные выводы

Ключевые моменты

• Подъем или падение жидкости в капиллярной трубке регулируется балансом сил сцепления и сцепления.
• Инермолекулярные силы ответственны за когезию и адгезию.
• Чем уже отверстие стеклянной трубки, тем больше поднимается или опускается жидкость.

Ключевые термины

• капилляр : относится к узкой трубке.
• когезия : Различные межмолекулярные силы, которые удерживают твердые тела и жидкости вместе.
• адгезия : способность вещества прилипать к непохожему на него веществу.
• мениск : Изогнутая поверхность жидкости в трубках, вогнутая или выпуклая, вызванная поверхностным натяжением жидкости.

Сплоченность и адгезия

Молекулы в любом образце вещества испытывают межмолекулярные силы, которые представляют собой силы притяжения или отталкивания между атомами или молекулами в образце.Такие силы ответственны за многие наблюдаемые поведения веществ, такие как фаза, в которой они находятся при определенных условиях температуры и давления. Когда между подобными молекулами возникают силы притяжения, они называются силами сцепления или приводят к сцеплению, поскольку они удерживают молекулы образца близко друг к другу. Эти силы сцепления особенно сильны на поверхности жидкости, что приводит к явлению поверхностного натяжения. Например, водородные связи между молекулами воды ответственны за когезию, наблюдаемую в каплях воды.

С другой стороны, когда межмолекулярные силы возникают между разными типами молекул (особенно когда они являются частью разных фаз вещества), они называются силами адгезии или приводят к адгезии. Молекулы в образце воды, контактирующие с поверхностью стекла, испытывают силы притяжения по отношению к молекулам стекла. Вода имеет тенденцию прилипать к таким поверхностям из-за этих взаимодействий.

Капиллярное действие

Капиллярное действие — это способность жидкости течь в узких пространствах без помощи и против внешних сил, таких как сила тяжести.Этот эффект можно увидеть в наборе жидкости между волосками кисти, в тонкой трубке, в пористых материалах, таких как бумага, в некоторых непористых материалах (таких как сжиженное углеродное волокно) или в ячейке. Это происходит, когда силы межмолекулярного притяжения между жидкостью и твердыми окружающими поверхностями (силы сцепления) сильнее, чем силы сцепления внутри жидкости. Если диаметр трубки достаточно мал, тогда комбинация поверхностного натяжения (которое вызвано когезией внутри жидкости) и сил сцепления между жидкостью и контейнером действуют вместе, чтобы поднять жидкость.Высота столба жидкости (h) определяется по формуле:

[латекс] h = \ frac {2T} {\ rho r g} [/ латекс]

где T — поверхностное натяжение, [латекс] \ rho [/ latex] — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, а r — радиус трубки. Обратите внимание, что высота, на которую поднимается жидкость, обратно пропорциональна радиусу трубки, что объясняет, почему это явление более выражено для трубок меньшего размера.

Рассмотрим стеклянную трубку, наполненную водой, радиусом 2 см (0.02 м) на воздухе в стандартных лабораторных условиях, Т = 0,0728 Н / м при 20 ° C, [латекс] \ rho [/ латекс] составляет 1000 кг / м ³ и g = 9,81 м / с ² . Для этих значений высота водяного столба составляет 0,74 мм. Для сравнения, для стеклянной трубки диаметром 4 м в лабораторных условиях, указанных выше (радиус 2 м или 6,6 фута), вода поднимется на незаметные 0,007 мм (0,00028 дюйма). Для трубы диаметром 0,4 мм (0,016 дюйма) (радиус 0,2 мм или 0,0079 дюйма) вода поднимется на 70 мм (2,8 дюйма).

Обычным прибором, используемым для демонстрации капиллярного действия, является капиллярная трубка.Когда нижний конец вертикальной стеклянной трубки помещается в жидкость, образуется вогнутый мениск. Силы адгезии между жидкостью и твердой внутренней стенкой подтягивают столб жидкости вверх до тех пор, пока масса жидкости не станет достаточной для гравитационных сил, чтобы противодействовать этим силам.

Капиллярное действие в стеклянных трубках : Подъем или падение жидкости в капиллярной трубке зависит от взаимодействия между трубкой и жидкостью.

Мениск — это кривая, вызванная поверхностным натяжением верхней поверхности жидкости.Он может быть как выпуклым, так и вогнутым. Выпуклый мениск возникает, когда молекулы имеют более сильное притяжение друг к другу (сцепление), чем к материалу контейнера (адгезия), в результате чего поверхность жидкости прогибается вниз. Это можно увидеть между ртутью и стеклом в барометрах и термометрах. И наоборот, вогнутый мениск возникает, когда молекулы жидкости притягиваются к молекулам контейнера, в результате чего поверхность жидкости прогибается вверх. Это можно увидеть в стакане воды.

Кривая мениска на столбе жидкости в капиллярной трубке : Кривизна поверхности в верхней части столба жидкости в узкой трубке вызвана относительной силой сил, ответственных за поверхностное натяжение жидкости (силы сцепления) и силы сцепления со стенками контейнера.

Капиллярное действие действует на вогнутые мениски, вытягивая жидкость вверх, увеличивая благоприятную площадь контакта между жидкостью и контейнером, и на выпуклые мениски, вытягивая жидкость вниз, уменьшая площадь контакта.

При рассмотрении того, как жидкости будут вести себя на поверхности, если молекулы жидкости будут сильно притягиваться к твердым молекулам, то жидкая капля полностью растечется по твердой поверхности. Это часто бывает с водой на голых металлических или керамических поверхностях.

Явление капиллярного действия играет важную роль в транспортировке воды и питательных веществ в растениях в процессе транспирации.

Жидкости — Science Learning Hub

Жидкости — это одно из состояний материи, другие состояния — твердые тела, газы, плазма и конденсаты Бозе-Эйнштейна.Самый простой способ определить, является ли что-то жидким, — задать следующий вопрос: если я попытаюсь переместить его из одного контейнера в другой (например, выливанием), будет ли оно соответствовать форме нового контейнера или принимать его?

Если вы возьмете стакан воды и нальете его в другой стакан, он явно соответствует — он принимает форму стакана. Если вы проливаете воду, она разливается повсюду. Поскольку его нет в контейнере, он повторяет форму пола, образуя большую лужу!

Помня об этом свойстве жидкости, подумайте о следующем списке вещей и решите, являются ли они жидкостями: сок, молоко, масло, томатный соус, мед и заварной крем.

• Вы регулярно наливаете сок и молоко в стаканы или миски — вы видите, что они соответствуют форме емкости, поэтому можете с уверенностью сказать, что это жидкости.
• Масло также является жидкостью, но обычно оно намного гуще, чем вода — оно имеет большую вязкость.
• Томатный соус, мед и заварной крем — все это особые жидкости, называемые неньютоновскими жидкостями. Они ведут себя как жидкости и, при определенных обстоятельствах, как твердые тела. Если вы перевернете бутылку томатного соуса вверх дном, и ничего не выходит, он ведет себя как твердое вещество, но если вы встряхнете ее, приложение силы или напряжения к томатному соусу заставит соус течь более свободно (снижает его вязкость).То же самое и с медом. Некоторые виды сырого заварного крема действуют как твердые частицы, если вы ударите их, и чем больше силы вы приложите, тем тверже станет заварной крем.

Что делает жидкость жидкостью?

Как устроены частицы и какие силы удерживают их вместе, определяет состояние вещества. Жидкости состоят из крошечных (невидимых) частиц, которые находятся в постоянном движении и катятся друг над другом. Есть силы сцепления, которые удерживают частицы вместе, но они не скреплены жестко, как в твердом теле.Частицы соприкасаются, но могут скользить друг мимо друга. Сила сцепления между частицами в жидкости придает жидкостям их поверхностное натяжение — поверхность жидкости действует как тонкий эластичный слой. Например, поверхностное натяжение заставляет воду образовывать капли и позволяет маленьким насекомым ходить по воде.

Помимо способности подходить к контейнерам, жидкости также имеют точки кипения и замерзания:

• Точка кипения — это температура, при которой жидкость становится газом.
• Точка замерзания — это температура, при которой жидкость становится твердой.

Природа науки

С материалами можно что-то изменить, чтобы изменить некоторые их свойства, но не все материалы реагируют одинаково. (Исследования в области науки)

Является ли вода твердым телом, жидкостью или газом?

Как выглядит вода нравиться?

Всегда ли вода жидкость? После все, можно запустить ванну из-под крана и пить воду из стакана.А как насчет жаркого дня? Вы не хотите горячего напитка, поэтому вы кладете немного льда в стакане. Ну это тоже вода. смотреть на снова та горячая ванна. Вы видите, как поднимается пар? Воды очередной раз!

Так как же вода может быть трех разных? вещи одновременно? Все дело в «состояниях материи».

Есть три состояния вопрос:

Вода может меняться между этими три состояния.

Сделать подмену воды из одного состояния к другому мы должны изменить его температуру. Для этого нам нужно чтобы нагреть или охладить.

Если вы только воздушный шар, полный воды в морозилке остывает и получается твердый кусок льда (если родители разрешают вам попробовать, добавьте немного пищевой краситель в воду, а затем снимите воздушный шар со льда как показано ниже. Красиво!)

Фото ледяного шара (c) Поднимающие искры

Если бабушка заваривает чашку чая, она кипятит чайник, пока из носика не поднимется пар. В горячая, вода превратилась в газ.

Попытка дышать в зеркало и посмотрим, что произойдет. Твое теплое дыхание создает туман на стекло. Водяной пар от вашего huff’n’puff имеет охладил на стекле и снова превратился в жидкость капли воды.

Итак, давайте поиграем в игры, чтобы узнайте, что мы узнали.

В первой игре посмотри, сможешь ли ты помогите Стиву из Deadly 60 выжить в Арктике.

Вам необходимо изменить состояние вода, чтобы помочь ему.

В следующей игре вы должны дать Ершу собака протянула руку помощи, пока Чет в отпуске. Впоследствии, почему бы не попробовать викторина BBC Bitesize, чтобы проверить свои знания?

Вы там все узнали? знать о трех состояниях материи?

Нажмите здесь , чтобы опробовать викторину. Удачи!

жидкость | Химия, свойства и факты

Жидкость , в физике, одно из трех основных состояний вещества, промежуточное между газом и кристаллическим твердым телом.

Физические свойства жидкостей

Наиболее очевидными физическими свойствами жидкости являются сохранение объема и соответствие форме емкости. Когда жидкое вещество наливается в сосуд, оно принимает форму сосуда, и, пока вещество остается в жидком состоянии, оно остается внутри сосуда. Кроме того, когда жидкость переливается из одного сосуда в другой, она сохраняет свой объем (до тех пор, пока не происходит испарение или изменение температуры), но не форму.Эти свойства служат удобными критериями для отличия жидкого состояния от твердого и газообразного состояний. Например, газы расширяются, заполняя свой контейнер, так что объем, который они занимают, совпадает с объемом контейнера. Твердые вещества сохраняют свою форму и объем при перемещении из одного контейнера в другой.

Жидкости можно разделить на две основные категории: чистые жидкости и жидкие смеси. На Земле вода — самая распространенная жидкость, хотя большая часть воды, с которой вступают в контакт организмы, не в чистом виде, а представляет собой смесь, в которой растворены различные вещества.Такие смеси включают жидкости, необходимые для жизни, например кровь, напитки и морскую воду. Морская вода — это жидкая смесь, в которой растворены различные соли. Хотя в чистом виде эти соли являются твердыми веществами, в океанах они являются частью жидкой фазы. Таким образом, жидкие смеси содержат вещества, которые в чистом виде сами могут быть жидкостями, твердыми веществами или даже газами.

Жидкое состояние иногда описывают просто как состояние, которое возникает между твердым и газообразным состояниями, и для простых молекул это различие однозначно.Однако четкое различие между жидким, газообразным и твердым состояниями сохраняется только для тех веществ, молекулы которых состоят из небольшого числа атомов. Когда число превышает примерно 20, жидкость часто можно охладить ниже истинной точки плавления с образованием стекла, которое имеет многие механические свойства твердого тела, но не имеет кристаллического порядка. Если количество атомов в молекуле превышает примерно 100–200, классификация на твердые, жидкие и газовые перестает быть полезной. При низких температурах такими веществами обычно являются стекла или аморфные твердые тела, и их жесткость падает с повышением температуры — т.е.е., они не имеют фиксированных температур плавления; некоторые, однако, могут образовывать настоящие жидкости. С этими большими молекулами невозможно достичь газообразного состояния, потому что они химически разлагаются до того, как температура станет достаточно высокой для испарения жидкости. Таким образом ведут себя синтетические и натуральные высокомолекулярные полимеры (например, нейлон и резина).

Если молекулы большие, жесткие и либо примерно плоские, либо линейные, как в холестерилацетате или p -азоксианизоле, твердое вещество может плавиться до анизотропной жидкости (т.е.е., который не является однородным во всех направлениях), в котором молекулы могут свободно перемещаться, но с большим трудом вращаются. Такое состояние называется жидким кристаллом, и анизотропия вызывает изменения показателя преломления (мера изменения направления света, когда он переходит из одной среды в другую) с направлением падающего света и, следовательно, приводит к необычным оптическим характеристикам. эффекты. Жидкие кристаллы нашли широкое применение в устройствах измерения температуры, а также в дисплеях для часов и калькуляторов.Однако никакие неорганические соединения и только около 5 процентов известных органических соединений образуют жидкие кристаллы. Таким образом, теория нормальных жидкостей — это преимущественно теория поведения веществ, состоящих из простых молекул.

Жидкость лишена как сильного пространственного порядка твердого тела, хотя она имеет высокую плотность твердых тел, так и отсутствия порядка газа, что является следствием низкой плотности газов, то есть молекулы газа относительно свободны от влияния друг друга. . Сочетание высокой плотности и частичного порядка в жидкостях привело к трудностям в разработке количественно приемлемых теорий жидкостей.Понимание жидкого состояния, как и всех состояний материи, пришло с кинетической молекулярной теорией, которая утверждала, что материя состоит из частиц, находящихся в постоянном движении, и что это движение является проявлением тепловой энергии. Чем больше тепловая энергия частицы, тем быстрее она движется.

Переходы между состояниями материи

В очень общих чертах, частицы, составляющие материю, включают молекулы, атомы, ионы и электроны. В газе эти частицы расположены достаточно далеко друг от друга и движутся достаточно быстро, чтобы избежать влияния друг друга, которое может быть различного типа — например, притяжения или отталкивания из-за электрических зарядов и особых сил притяжения, в которых участвуют электроны, вращающиеся вокруг атома. ядра.Движение частиц происходит по прямой линии, и возникающие в результате столкновения происходят без потери энергии, хотя между сталкивающимися частицами может происходить обмен энергиями. Когда газ охлаждается, его частицы движутся медленнее, а те, которые достаточно медленны, чтобы задерживаться рядом друг с другом, объединяются, потому что сила притяжения преодолевает их пониженную кинетическую энергию и, по определению, тепловую энергию. Каждая частица, когда она соединяется с другими в жидком состоянии, отдает некоторую долю тепла, называемую скрытой теплотой сжижения, но каждая продолжает двигаться с той же скоростью внутри жидкости, пока температура остается на уровне точки конденсации.Расстояния, на которые частицы могут перемещаться в жидкости без столкновения, порядка диаметров молекул. По мере охлаждения жидкости частицы движутся еще медленнее, пока при температуре замерзания энергия притяжения не создаст такую ​​высокую плотность, что жидкость замерзнет в твердом состоянии. Однако они продолжают вибрировать с той же скоростью, пока температура остается на уровне точки замерзания, а их скрытая теплота плавления высвобождается в процессе замерзания. Нагревание твердого тела обеспечивает частицы теплотой плавления, необходимой для того, чтобы позволить им избежать влияния друг друга, достаточного для перемещения в жидком состоянии.Дальнейшее нагревание обеспечивает жидкие частицы теплотой испарения, которая позволяет им полностью покинуть друг друга и перейти в парообразное или газообразное состояние.

Этот резко упрощенный взгляд на состояния материи игнорирует многие усложняющие факторы, наиболее важным из которых является тот факт, что никакие две частицы не должны двигаться с одинаковой скоростью в газе, жидкости или твердом теле, и связанный с этим факт, что даже в твердом теле некоторые частицы частицы могли получить энергию, необходимую для существования в виде частиц газа, в то время как даже в газе некоторые частицы могут быть практически неподвижными в течение короткого времени.Следует учитывать среднюю кинетическую энергию частиц, а также тот факт, что движение является случайным. На границе раздела между жидкостью и газом и между жидкостью и твердым телом всегда происходит обмен частицами: медленные молекулы газа конденсируются на поверхности жидкости, а быстрые молекулы жидкости уходят в газ. Состояние равновесия достигается в любой закрытой системе, поэтому количество обменов в обоих направлениях одинаково. Поскольку кинетическая энергия частиц в жидком состоянии может быть определена только в статистических терминах (т.е.е. можно найти все возможные значения), обсуждение жидкого (а также газообразного) состояния на молекулярном уровне включает формулировки в терминах функций вероятности.

Фазы материи

Вся материя состоит из атомов с конфигурацией атома, количество протонов, нейтронов и электронов, определяющее вид присутствующее вещество (кислород, свинец, серебро, неон …). Каждое вещество имеет уникальное количество протонов, нейтронов и электронов.Кислород, например, имеет 8 протонов, 8 нейтронов и 8 электронов. Отдельные атомы могут соединяются с другими атомами с образованием молекул. Молекулы воды содержат два атома водорода H и один атом кислорода O и химически называется h3O . Кислород и азот, который является основным компонентом воздуха, встречаются в природе как двухатомных (двухатомных) молекул. Независимо от типа молекулы, обычно имеет значение существует в виде твердого тела , жидкости или газа .Мы называем это свойство материи фазой материи. Три нормальные фазы материи обладают уникальными характеристиками, которые перечислены на горка.

цельный

В твердой фазе молекулы тесно связаны друг с другом. молекулярными силами. Твердое тело сохраняет свою форму, и объем твердого тела фиксируется формой твердого тела.

Жидкость

В жидкой фазе молекулярные силы слабее, чем в твердой.Жидкость примет форму своего контейнера со свободной поверхностью в гравитационном поле. В условиях микрогравитации жидкость образует шар внутри свободной поверхности. Несмотря на силы тяжести жидкость имеет фиксированный объем.

Газ

В газовой фазе молекулярная силы очень слабые. Газ наполняет свой контейнер, забирая оба форма и объем емкости.

Жидкости (жидкости и газы)

Жидкости и газы называются жидкостями , потому что их можно заставить течь или двигаться.В любой жидкости сами молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении, сталкиваясь с друг друга и со стенками любой емкости. Описывается движение жидкостей и реакция на внешние силы. посредством Уравнения Навье-Стокса, которые выражают сохранение масса, импульс, и энергия. Движение твердых тел и реакция на внешние силы описываются формулами Законы движения Ньютона.

Любое вещество может находиться в любой фазе.Под стандартные атмосферные условия, вода существует в виде жидкости. Но если мы снизим температура ниже 0 градусов Цельсия или 32 градусов по Фаренгейту, вода меняет свой фаза в твердое тело, называемое льдом. Аналогично, если мы нагревать объем воды выше 100 градусов по Цельсию или 212 градусов по Фаренгейту, вода превращает свою фазу в газ, называемый водяным паром. Изменения в фазе материи — это физических изменений , а не химические изменения. Молекула водяного пара имеет такой же химический состав. состав, h3O , в виде молекулы жидкой воды или молекулы льда.

При обучении газы, мы можем исследовать движения и взаимодействия отдельных молекул, или мы можем исследовать крупномасштабное действие газа в целом. Ученые говорят о крупномасштабном движении газ как макроуровень и индивидуальный молекулярный движется как микромасштаб . Некоторое явление легче понимать и объяснять на основе макромасштаба, в то время как другие явления легче объяснить в микромасштабе.Макро шкала расследования основаны на вещах, которые мы можем легко наблюдать и измерить. Но исследования в микромасштабе основаны на довольно простые теории, потому что на самом деле мы не можем наблюдать за движением отдельной молекулы газа. Макро и микро Масштабные исследования — это всего лишь два взгляда на одно и то же.

Плазма — «четвертая фаза»

Три нормальные фазы материи, перечисленные на слайде, были известны. много лет учился на уроках физики и химии.В последнее время мы начали исследуют материалы при очень высоких температурах и давлениях, которые обычно происходят на Солнце или при возвращении из космоса. В этих условиях сами атомы начинают разрушаться; электроны лишены их орбита вокруг ядра, оставляя положительно заряженный ион за. Полученная смесь нейтральных атомов, свободных электронов и заряженных ионов называется плазмой . Плазма обладает некоторыми уникальными качествами, которые заставляет ученых относить это к «четвертой фазе» материи.Плазма — это жидкость, такая как жидкость или газ, но из-за присутствующих заряженных частиц в плазме он реагирует на электромагнитные силы и генерирует их. Там уравнения гидродинамики, называемые уравнениями Больцмана, которые включают электромагнитные силы с нормальными жидкостными силами Навье-Стокса уравнения. НАСА в настоящее время проводит исследования по использованию плазмы. для ионной двигательной установки.

• Статика газа:

Связанные сайты:
Rocket Index
Rocket Home
Beginner’s Guide Home

Доказательства того, что вода имеет две жидкие формы | Исследования

Существуют ли две формы жидкой воды? Эти дебаты бушуют с тех пор, как эта идея была впервые предложена более 25 лет назад.Новое исследование теперь добавляет доказательства того, что их действительно может быть два. Он сообщает прямые экспериментальные доказательства фазового перехода между двумя жидкими состояниями — но в ионном растворе, а не в чистой воде. ¹ Однако исследователи говорят, что состояние воды в смеси очень похоже на состояние чистой объемной жидкости, что сильно предполагает, что сама вода может показывать подобное поведение.

«Это действительно выдающаяся работа», — говорит физик Юджин Стэнли из Бостонского университета, США, который не принимал участия в исследовании.«Эксперименты предоставляют наиболее убедительные экспериментальные доказательства, подтверждающие эту гипотезу».

Но это еще не дымящийся пистолет для предполагаемого фазового перехода в самой воде, — говорит Пабло Дебенедетти из Принстонского университета, США. «Аргументация изящна, и эксперименты, кажется, выполнены хорошо», — говорит он. Но результат «наводит на размышления — не больше, но, конечно, не меньше — того, что может происходить в воде».

Моделируемые состояния

Идея о том, что вода имеет два жидких состояния, была предложена в 1992 году Стэнли, его докторантом Питером Пулом и их сотрудниками. ² Их компьютерное моделирование показало, что жидкость разделяется на два состояния с разной плотностью, разграниченных ступенчатым, как при замерзании, фазовым переходом первого рода, который заканчивается в критической точке при определенной температуре и давлении, где две фазы стал неотличимым.

Загвоздка заключалась в том, что все это происходило в воде, сильно переохлажденной ниже точки замерзания и сжатой под высоким давлением. В этих условиях жидкое состояние только метастабильно: стабильно временно, но менее стабильно, чем лед.Воду можно переохлаждать, не замерзая, но только до определенного предела. По мере того, как переохлаждение становится глубже, становится все труднее предотвратить зарождение кристаллов льда и вызвать замерзание всей системы. При прогнозируемых условиях перехода жидкость-жидкость — ниже -75 ° C и давлении выше нескольких тысяч атмосфер — образование льда более или менее предотвратить невозможно.

В некоторых экспериментах пытались исследовать воду в условиях глубокого переохлаждения, например, заключая ее в маленькие капельки эмульсии, чтобы уменьшить вероятность образования зародышей льда.Но никто никогда не достиг метастабильной «ничейной земли», где предсказывается переход жидкость-жидкость.

Однако полагаться на компьютерное моделирование для определения того, что делает вода в этих условиях, опасно. Воду — очень необычную жидкость из-за ее сильной и направленной водородной связи — как известно, сложно точно смоделировать. Некоторые исследователи предположили, что расчеты, показывающие фазовый переход жидкость-жидкость, ненадежны, и что две фазы являются артефактом моделирования, которому не удалось достичь равновесия. ³ Другие оспаривают это утверждение. ⁴

Двухгосударственное решение

Но теперь Сандер Воутерсен и Бернд Энсинг из Амстердамского университета в Нидерландах и их коллеги нашли способ предохранить переохлажденную воду от замерзания, хотя и сделав ее нечистой путем добавления соли трифторацетата гидразиния.

«Основная идея состоит в том, чтобы подавить кристаллизацию льда путем добавления растворенного вещества», — говорит Дебенедетти. Предотвращение образования льда путем добавления соли в воду — хорошо известный эффект.Но что необычно в этом конкретном солевом растворе, так это то, что он по-прежнему демонстрирует почти «идеальное» поведение ⁵ , подразумевая, что растворенное вещество, похоже, не сильно меняет структуру жидкости. В этом случае, объясняет Дебенедетти, «можно ожидать лишь умеренных отклонений в структуре воды от чистой жидкости». Воутерсен и его коллеги сообщают о компьютерном моделировании, показывающем, что любые изменения в структуре воды в растворе очень похожи на те, которые наблюдаются в чистой воде под давлением. Их инфракрасная спектроскопия, которая исследует колебания O – H молекул воды и чувствительна к природе водородных связей, кажется, подтверждает, что большинство молекул воды имеют локальное окружение, очень похожее на окружение жидкости в объеме.Это связано с тем, что ионы гидразиния и трифторацетата могут участвовать в водородных связях таким образом, чтобы в значительной степени сохранить эту структуру.

Раствор соли можно сильно переохлаждать до -133 ^o C без замораживания. При температуре около -80 ^o ° C раствор претерпевает то, что кажется фазовым переходом первого рода, который, согласно инфракрасной спектроскопии, включает два жидких состояния, а не, скажем, переход в стеклообразное твердое состояние.

«Кристаллизация льда помешала всем другим попыткам увидеть, что вода« хочет делать »в нейтральной зоне», — говорит автор Остин Энджелл из Университета штата Аризона, США.«Мы использовали законы идеальных решений, чтобы отодвинуть« завесу кристаллизации »настолько, чтобы увидеть нечто похожее на обратимый переход жидкость-жидкость, который демонстрируют моделирование».

Осталось вопросов

В конечном счете, реальность двойных жидких фаз в метастабильной воде должна быть продемонстрирована или опровергнута в чистой жидкости, — говорит Дебенедетти. «Между тем, тщательный выбор системы, ясность термодинамического мышления и тщательность в выполнении делают эту работу ценным вкладом в продолжающееся исследование фазового поведения глубоко переохлажденной воды», — говорит он.

Однако некоторые исследователи отказываются от суждений о том, может ли эта система рассказать нам что-нибудь о самой жидкой воде. «Эксперимент выглядит разумным, но вопрос о том, имеет ли он какое-либо отношение к чистой воде, — открытый вопрос», — говорит Алан Сопер из лаборатории Резерфорда Эпплтона в Великобритании. «Существует множество примеров переходов жидкость-жидкость с соответствующими критическими точками в смесях и растворах, но этот факт нельзя использовать, чтобы подразумевать, что вода сама по себе имеет такой переход».

Дэниел Боурон, также из Rutherford Appleton, соглашается.«Газета оставляет мне больше вопросов, чем ответов», — говорит он. «Экспериментальная работа явно была проведена очень тщательно, и данные прекрасны, но говорит ли это что-нибудь о поведении и свойствах воды». Даже если моделирование показывает, что локальная структура воды сохраняется в Он добавляет, что «разделение жидкость-жидкость в конечном итоге происходит на гораздо более длинных масштабах, чем взаимодействия первых соседей». Более того, Дебенедетти, Сопер и Боурон согласны с тем, что инфракрасная спектроскопия — довольно грубый инструмент для проверки того, действительно ли наблюдаемое изменение является фазовым переходом первого рода.

Angell, однако, оптимистично считает, что они могут стать еще ближе к тому, как ведет себя чистая вода. «Эти растворы должны быть так же подвержены исследованию эмульсионными методами. Таким образом, мы должны иметь возможность повышать содержание воды без образования льда с помощью эмульсий. Мы ни в коем случае не в конце пути ».

Вода, самая странная жидкость во Вселенной

Если кубики льда скорее тонут, чем плавают, можно подумать, что это не доставит нам больших хлопот; нам просто нужно время от времени помешивать напитки, чтобы верхняя часть оставалась прохладной.Это было бы не так уж плохо, за исключением того факта, что не было бы напитка, который можно было бы помешивать, или кого-либо, кто бы это делал, потому что на Земле не было бы жизни или, по крайней мере, здесь не было бы людей.

То, что лед плавает, — одна из странностей воды, субстанция настолько знакомая, что кажется обыкновенной, но в этом нет ничего обычного. Его свойства настолько отличаются от того, что можно было бы ожидать от его химического состава, что понимание того, как его микроскопическая структура вызывает такое уникальное поведение, «интенсивно обсуждается более 100 лет и до сих пор не решено», как говорят физики Ларс Петтерссон. и Андерс Нильссон из Стокгольмского университета (Швеция) и Ричард Хенчман из Манчестерского университета (Великобритания) написали в недавнем обзоре.

Решающая биохимическая роль

Каждый студент знает, что вещества сжимаются при охлаждении и расширяются при нагревании, что позволило изобрести термометр. Горячая вода также уменьшает свой объем по мере охлаждения. Но при температуре ниже 4 ° C происходит нечто экстраординарное: она снова начинает расширяться, об этом слишком хорошо знает каждый, кто когда-либо замораживал слишком полную бутылку. В результате лед менее плотен, чем жидкая вода, и поэтому плавает — явление, которое уже интересовало Галилео Галилей еще в 1612 году, когда он рассуждал, что «лед должен быть скорее разреженным, чем конденсированным».

Но что было бы, если бы это было не так? В океанах, озерах и реках плавающий слой льда, который образуется зимой, предотвращает утечку тепла, сохраняя воду под ними в жидком состоянии. Если лед опустится на дно, будет образовываться больше льда, пока все не станет большой твердой массой; тепло с поверхности расплавило бы только тонкий верхний слой, что сделало бы невозможным развитие сложной жизни в том виде, в каком мы ее знаем сегодня. Помимо решающей биохимической роли воды, биология, геология и динамика океанов сыграли решающую роль в превращении Земли в обитаемую планету.

Это далеко не единственное необычное свойство воды. Судя по его химической формуле, как диоксид водорода (h3O), он должен следовать схеме, заданной сероводородом (h3S), селенидом водорода (h3Se) или теллуридом водорода (h3Te), аналогичными соединениями с элементами, которые следуют за кислородом в его группе периодическая таблица. Если бы это было так, то вода должна закипеть при температуре выше -80 ° C и замерзнуть при -100 ° C.К счастью для земной жизни, мы знаем, что это не так; тот факт, что он замерзает при 0 ° C и закипает при 100 ° C — при нашем нормальном атмосферном давлении — не только дает ему широкий диапазон температур в жидком состоянии, но также делает его единственным веществом, которое в условиях жизни на Земле находится в твердой, жидкой и газообразной форме.

Странное физико-химическое явление

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что аномальные свойства воды, как подтвердил в интервью OpenMind химик Мартин Чаплин, почетный профессор Лондонского университета Саут-Бэнк, «полностью ответственны» за существование жизни на Земле.На самом деле, добавляет Нильссон, любопытно, что «похоже, что вода становится аномальной при температурах, при которых жизнь, кажется, существует большую часть времени». Но какое странное физико-химическое явление мы должны благодарить за свое существование? По словам Чаплина, «есть несколько объяснений, но ни одно не оказалось окончательным или всеобъемлющим». В его основе лежат специфические характеристики кислорода, одного из наиболее электроотрицательных элементов периодической таблицы. В сочетании с водородом он притягивает электроны к себе с такой силой, что молекула воды, хотя в целом электрически нейтральна, образует два полюса, положительный и отрицательный.

Эта диполярная природа воды является ключевой, поскольку она позволяет ей образовывать водородные связи. По сравнению с другими, казалось бы, похожими соединениями, «водородная связь в воде намного сильнее и обширнее», — говорит Чаплин. Эти связи придают воде липкое поведение, которое отвечает за ее огромное поверхностное натяжение — самое высокое в любой жидкости, кроме ртути, — которое может действовать как смазка и клей между поверхностями.

Интенсивные научные дебаты

Именно микроскопические структуры, полученные из этих звеньев, которые, в свою очередь, определяют аномальные свойства, до сих пор вызывают интенсивные дискуссии ученых. Лед имеет стабильную тетраэдрическую структуру с одной молекулой воды в центре, соединенной водородными связями с другими четырьмя в вершинах. Это просторное регулярное расположение — причина низкой плотности замерзшей воды. Раньше считалось, что по мере перехода в жидкое состояние эта структура просто становилась более динамичной, разрушаясь и образуя водородные связи со скоростью один миллиард раз в секунду, что приводило к более компактной массе.