Ιδιότητες υγρών – Πίεση ατμών, ιξώδες

Τι είναι το Υγρό;

Το υγρό είναι μια κατάσταση ύλης που είναι ένα σχεδόν ασυμπίεστο ρευστό που προσαρμόζεται στο σχήμα του δοχείου του ενώ διατηρεί έναν (σχεδόν) σταθερό όγκο ανεξάρτητο από την πίεση. Ο όγκος είναι σταθερός εάν η θερμοκρασία και η πίεση παραμένουν σταθερές. Όταν ένα στερεό θερμαίνεται πέρα από το σημείο τήξης του και η πίεση υπερβαίνει το τριπλό σημείο του υλικού, γίνεται υγρό. Ενώ οι διαμοριακές δυνάμεις παραμένουν οι ίδιες, τα μόρια έχουν αρκετή ενέργεια για να κινηθούν και η δομή είναι κινητή. Αυτό υποδηλώνει ότι το σχήμα ενός υγρού διέπεται από το δοχείο του και όχι από το ίδιο το υγρό. Ο όγκος είναι συχνά μεγαλύτερος από το συγκρίσιμο στερεό, με πιο γνωστή εξαίρεση το νερό (H2O). Η κρίσιμη θερμοκρασία ενός υγρού είναι η υψηλότερη θερμοκρασία που μπορεί να επιβιώσει. Η υγρή κατάσταση της ύλης είναι μια μεταβατική κατάσταση μεταξύ της στερεάς και της αέριας μορφής της ύλης.

Το νερό υπάρχει σε τρεις καταστάσεις:

πάγος (στερεό)
υγρό ως νερό και
αέριο ως ατμός.

Φύση και ιδιότητες των υγρών:

Ένα υγρό δεν έχει συγκεκριμένο σχήμα και παίρνει το σχήμα του δοχείου στο οποίο είναι αποθηκευμένο.
Επειδή η διαμοριακή δύναμη έλξης είναι πιο αδύναμη στα υγρά παρά στα στερεά, έχουν καθορισμένο όγκο.
Μπορούν να μετακινηθούν από υψηλότερο σε χαμηλότερο επίπεδο.
Ένα υγρό είναι συμπιέσιμο επειδή η απόσταση μεταξύ των γειτονικών μορίων είναι μεγαλύτερη από αυτή ενός στερεού αλλά μικρότερη από αυτή ενός αερίου.
Είναι λιγότερο πυκνά.
Ένα υγρό μπορεί να διαχυθεί σε άλλο υγρό επειδή τα μόρια κινούνται πιο γρήγορα στα υγρά αλλά πιο αργά στα αέρια.
Η συμπίεση έχει μικρή επίδραση στα υγρά.
Τα υγρά μόρια μοιάζουν πολύ μεταξύ τους.
Αν και τα υγρά έχουν σταθερό όγκο, δεν έχουν σταθερή μορφή.
Η ροή των υγρών από το ένα στάδιο στο άλλο.
Υπό κανονικές συνθήκες, τα υγρά έχουν σημεία βρασμού υψηλότερα από τη θερμοκρασία δωματίου.

Αλλαγή στην κατάσταση της ύλης

Είναι γνωστή ως αλλαγή της κατάστασης της ύλης. Στην οποία μια κατάσταση μπορεί να μετατραπεί σε μια άλλη, και ούτω καθεξής. Ακολουθούν ορισμένα παραδείγματα:

Η συμπύκνωση είναι η διαδικασία αλλαγής από αέρια σε υγρή μορφή.

Η μετατροπή ενός υγρού σε αέρια κατάσταση είναι γνωστή ως εξάτμιση.

Η στερεοποίηση είναι η διαδικασία μετατροπής ενός υγρού σε στερεή κατάσταση.

Η εξάχνωση είναι η διαδικασία μετατροπής ενός στερεού σε αέρια κατάσταση χωρίς να περάσει από το υγρό στάδιο.

Μηχανικές ιδιότητες του υγρού

Τα υγρά είναι ουσίες που μπορούν να ρέουν, όπως υγρά και αέρια. Δεν έχει συγκεκριμένο σχήμα. Όταν ένα αντικείμενο βυθίζεται σε ηρεμία σε ένα υγρό, το ρευστό ασκεί συνήθως μια δύναμη στην επιφάνειά του. Αναφέρεται ως υγρή ώθηση. Η αίσθηση ώθησης ανά μονάδα επιφάνειας της επιφάνειας ενός υγρού σε κατάσταση ηρεμίας περιγράφεται ως πίεση. Το βάθος διέπει την πίεση σε κάθε σημείο του υγρού κάτω από την επιφάνεια, την πυκνότητα του υγρού και την επιτάχυνση της βαρύτητας.

Νόμος του Pascal:Σύμφωνα με το νόμο του Pascal, η πίεση που ασκείται σε ένα περιορισμένο υγρό μεταφέρεται στο σύνολό της σε κάθε τμήμα του υγρού καθώς και στα τοιχώματα του δοχείου που περικλείει. Ένα σώμα χάνει βάρος όταν βυθιστεί μερικώς ή πλήρως σε ένα υγρό. Το βάρος του σώματος που χάνεται στο υγρό ισούται με το βάρος του υγρού που μετατοπίζεται από το βυθισμένο μέρος του σώματος.

Το σώμα επιπλέει σε ένα υγρό εάν το βάρος του υγρού που μετατοπίζεται από το βυθισμένο μέρος του σώματος ταιριάζει με το βάρος του σώματος.

Ιξώδες:Είναι μια ιδιότητα ρευστού που δημιουργεί μια εσωτερική δύναμη τριβής όταν το ρευστό κινείται σε σχήμα στρωμάτων με σχετική κίνηση. Λειτουργεί ενάντια στη σχετική κίνηση πολλών στρωμάτων.

Το ιξώδες είναι επίσης γνωστό ως τριβή ρευστού. Η προς τα πίσω δύναμη έλξης που ασκείται σε ένα μικρό σφαιρικό σώμα ακτίνας r που ταξιδεύει με ταχύτητα v σε ένα παχύρρευστο μέσο με συντελεστή

Νόμος του Στόουκ:Ο νόμος του Στόουκ είναι μια εξίσωση που εκφράζει τις ταχύτητες καθίζησης μικρών σφαιρικών σωματιδίων σε ένα ρευστό μέσο. Ο νόμος καθιερώνεται λαμβάνοντας υπόψη τις δυνάμεις που ασκούνται σε ένα συγκεκριμένο σωματίδιο καθώς πέφτει μέσα από μια στήλη υγρού σε σχέση με τη βαρύτητα.

Σύμφωνα με το ίδιο, 𝐹=6π𝑟η𝑣

Η δύναμη της επιφανειακής τάσης ορίζεται ως η δύναμη που λειτουργεί ανά μονάδα μήκους μιας γραμμής παράλληλης προς την επιφάνεια του υγρού. Ο τύπος διαστάσεων για την επιφανειακή τάση είναι MT-2 και μετράται σε μονάδες Nm-1.

Τι ακριβώς είναι η πίεση ατμών;

Η πίεση ατμών είναι η πίεση που σχηματίζεται από τον ατμό ενός υγρού (ή στερεού) πάνω από την επιφάνεια του υγρού. Αυτή η πίεση δημιουργείται σε ένα κλειστό δοχείο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία ενώ βρίσκεται σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Η πίεση ατμών ισορροπίας καθορίζει τον ρυθμό εξάτμισης ενός υγρού. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, αυξάνεται και η τάση ατμών. Το σημείο βρασμού ενός υγρού είναι το σημείο στο οποίο η πίεση που ασκείται από το περιβάλλον περιβάλλον ισούται με την πίεση που ασκεί ο ατμός. Ένα υγρό διάλυμα δημιουργείται με τη διάλυση ενός στερεού, υγρού ή αερίου σε έναν συγκεκριμένο υγρό διαλύτη. Η ποσότητα πίεσης που ασκούν οι ατμοί στον υγρό διαλύτη όταν βρίσκονται σε ισορροπία και σε συγκεκριμένη θερμοκρασία ονομάζεται πίεση υγρού διαλύματος. Η τάση ατμών ενός υγρού ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία του και τη φύση του υγρού. Ας δούμε μερικές από τις πιο σημαντικές πτυχές της τάσης ατμών σε υγρά διαλύματα.

Χαρακτηριστικά της πίεσης ατμών

Ένα καθαρό υγρό έχει υψηλότερη τάση ατμών από ένα υγρό διάλυμα.
Είναι αντιστρόφως ανάλογο με τις δυνάμεις έλξης που υπάρχουν μεταξύ των υγρών μορίων.
Αυξάνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στο ότι τα μόρια αποκτούν κινητική ενέργεια και έτσι εξατμίζονται γρήγορα.

Νόμος του Roult

Σύμφωνα με το νόμο του Raoult, η τάση ατμών ενός διαλύματος είναι ανάλογη με το μοριακό κλάσμα μιας διαλυμένης ουσίας που προστίθεται στο διάλυμα.

Ο νόμος του Raoult εκφράζεται με τον τύπο:

Psolution =Χ solventP0, διαλύτης

πού

Η λύση είναι η τάση ατμών του διαλύματος

Ο διαλύτης Χ είναι μοριακό κλάσμα του διαλύτη

P0, διαλύτης είναι η τάση ατμών του καθαρού διαλύτη

Εάν περισσότερες από μία διαλυμένες ουσίες εισαχθούν στο διάλυμα, το συστατικό κάθε διαλύτη προστίθεται στη συνολική πίεση. Ο νόμος του Raoult είναι παρόμοιος με τον νόμο του ιδανικού αερίου, με τη διαφορά ότι ισχύει για χαρακτηριστικά διαλύματος. Ο νόμος του ιδανικού αερίου θέτει την τέλεια συμπεριφορά, στην οποία οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών μορίων ίσες δυνάμεις μεταξύ πανομοιότυπων μορίων.

Ο νόμος του Raoult βασίζεται στην υπόθεση ότι τα φυσικά χαρακτηριστικά των συστατικών ενός χημικού διαλύματος είναι ισοδύναμα.

Συμπέρασμα:

Ένα υγρό προσαρμόζεται στο δοχείο του ενώ διατηρεί έναν (σχεδόν) σταθερό όγκο ανεξάρτητο από την πίεση. Ο όγκος είναι σταθερός εάν η θερμοκρασία και η πίεση παραμένουν σταθερές. Η κρίσιμη θερμοκρασία ενός υγρού είναι η υψηλότερη θερμοκρασία που μπορεί να επιβιώσει στην οποία γίνεται υγρό. Η πίεση ατμών δημιουργείται σε ένα κλειστό δοχείο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Η πίεση ατμών ισορροπίας καθορίζει τον ρυθμό εξάτμισης ενός υγρού. Ένα υγρό διάλυμα δημιουργείται με τη διάλυση ενός στερεού, υγρού ή αερίου σε έναν συγκεκριμένο υγρό διαλύτη. Το ποσό της πίεσης που ασκούν οι ατμοί στον υγρό διαλύτη είναι πίεση υγρού διαλύματος.