En la vida cotidiana, nos encontramos constantemente con tres estados de la materia: líquido, gaseoso y sólido. Tenemos una idea bastante clara de lo que son los sólidos y los gases. Un gas es un conjunto de moléculas que se mueven aleatoriamente en todas direcciones. Todas las moléculas de un cuerpo sólido mantienen su disposición mutua. Sólo oscilan ligeramente.
Características de una sustancia líquida
¿Y qué son las sustancias líquidas? Su principal característica es que, ocupando una posición intermedia entre los cristales y los gases, combinan ciertas propiedades de estos dos estados. Por ejemplo, tanto para líquidos como para cuerpos sólidos (cristalinos), la presencia de volumen es característica. Sin embargo, al mismo tiempo, las sustancias líquidas, como los gases, toman la forma del recipiente en el que se encuentran. Muchos de nosotros creemos que no tienen forma propia. Sin embargo, no lo es. La forma natural de cualquier líquido -pelota. La gravedad generalmente evita que adopte esta forma, por lo que el líquido adopta la forma de un recipiente o se esparce finamente sobre la superficie.
En cuanto a sus propiedades, el estado líquido de una sustancia es especialmente complejo, debido a su posición intermedia. Se empezó a estudiar desde la época de Arquímedes (hace 2200 años). Sin embargo, el análisis de cómo se comportan las moléculas de una sustancia líquida sigue siendo una de las áreas más difíciles de la ciencia aplicada. Todavía no existe una teoría de los líquidos generalmente aceptada y completamente completa. Sin embargo, podemos decir algo sobre su comportamiento definitivamente.
Comportamiento de las moléculas en un líquido
Un fluido es algo que puede fluir. El orden de corto alcance se observa en la disposición de sus partículas. Esto significa que se ordena la ubicación de los vecinos más cercanos a ella, con respecto a cualquier partícula. Sin embargo, a medida que se aleja de los demás, su posición en relación con ellos se vuelve cada vez menos ordenada, y luego el orden desaparece por completo. Las sustancias líquidas están formadas por moléculas que se mueven mucho más libremente que en los sólidos (e incluso más libremente en los gases). Durante un cierto tiempo, cada uno de ellos se precipita primero en una dirección, luego en la otra, sin alejarse de sus vecinos. Sin embargo, una molécula líquida sale del medio ambiente de vez en cuando. Ella llega a un nuevo lugar al mudarse a otro lugar. Aquí nuevamente, durante un cierto período de tiempo, hace movimientos como de tambaleo.
Contribución de Y. I. Frenkel al estudio de los líquidos
Yo. I. Frenkel, un científico soviético, tiene un gran mérito en el desarrollo de una serie deproblemas sobre un tema como las sustancias líquidas. La química avanzó mucho gracias a sus descubrimientos. Creía que el movimiento térmico en los líquidos tiene el siguiente carácter. Durante cierto tiempo, cada molécula oscila alrededor de la posición de equilibrio. Sin embargo, cambia de lugar de vez en cuando, desplazándose bruscamente a una nueva posición, que está separada de la anterior por una distancia que es aproximadamente del tamaño de esta molécula. En otras palabras, dentro del líquido, las moléculas se mueven, pero lentamente. Parte del tiempo se quedan cerca de ciertos lugares. En consecuencia, su movimiento es algo así como una mezcla de movimientos en el gas y en el cuerpo sólido. Las fluctuaciones en un lugar después de un tiempo son reemplazadas por una transición libre de un lugar a otro.
Presión en líquido
Conocemos algunas propiedades de la materia líquida debido a la constante interacción con ellas. Entonces, por la experiencia de la vida cotidiana, sabemos que actúa en la superficie de los cuerpos sólidos que entran en contacto con él, con ciertas fuerzas. Se llaman fuerzas de presión de fluidos.
Por ejemplo, al abrir un grifo de agua con un dedo y abrir el agua, sentimos cómo presiona el dedo. Y un nadador que se ha sumergido a grandes profundidades no experimenta accidentalmente dolor en los oídos. Se explica por el hecho de que las fuerzas de presión actúan sobre el tímpano. El agua es una sustancia líquida, por lo que tiene todas sus propiedades. Para medir la temperatura del agua en la profundidad del mar, muy fuertetermómetros para que no puedan ser aplastados por la presión del fluido.
Esta presión se debe a la compresión, es decir, a un cambio en el volumen del líquido. Tiene elasticidad en relación a este cambio. Las fuerzas de presión son las fuerzas de elasticidad. Por lo tanto, si un fluido actúa sobre cuerpos en contacto con él, entonces se comprime. Dado que la densidad de una sustancia aumenta durante la compresión, podemos suponer que los líquidos tienen elasticidad en relación con un cambio de densidad.
Evaporación
Continuando con las propiedades de una sustancia líquida, pasamos a la evaporación. Cerca de su superficie, así como directamente en la capa superficial, actúan fuerzas que aseguran la existencia misma de esta capa. No permiten que las moléculas en él abandonen el volumen del líquido. Sin embargo, debido al movimiento térmico, algunos de ellos desarrollan velocidades bastante altas, con la ayuda de las cuales es posible superar estas fuerzas y salir del líquido. A este fenómeno lo llamamos evaporación. Se puede observar a cualquier temperatura del aire, sin embargo, con su aumento, aumenta la intensidad de la evaporación.
Condensación
Si las moléculas que han dejado el líquido se eliminan del espacio cerca de su superficie, todo se evapora finalmente. Si las moléculas que lo dejaron no se eliminan, forman vapor. Las moléculas de vapor que han caído en la región cercana a la superficie del líquido son atraídas por las fuerzas de atracción. Este proceso se llama condensación.
Por lo tanto,si las moléculas no se eliminan, la tasa de evaporación disminuye con el tiempo. Si la densidad del vapor aumenta aún más, se llega a una situación en la que el número de moléculas que abandonan el líquido en un tiempo determinado será igual al número de moléculas que regresan a él en el mismo tiempo. Esto crea un estado de equilibrio dinámico. El vapor que contiene se llama saturado. Su presión y densidad aumentan al aumentar la temperatura. Cuanto mayor sea, mayor será el número de moléculas de líquido que tiene suficiente energía para la evaporación y mayor debe ser la densidad del vapor para que la condensación sea igual a la evaporación.
Ebullición
Cuando, en el proceso de calentamiento de sustancias líquidas, se alcanza una temperatura a la cual los vapores saturados tienen la misma presión que el ambiente externo, se establece un equilibrio entre el vapor saturado y el líquido. Si el líquido imparte una cantidad adicional de calor, la masa correspondiente de líquido se convierte inmediatamente en vapor. Este proceso se llama ebullición.
Ebullición es la evaporación intensa de un líquido. Ocurre no solo desde la superficie, sino que se refiere a todo su volumen. Aparecen burbujas de vapor dentro del líquido. Para convertirse en vapor desde un líquido, las moléculas necesitan adquirir energía. Es necesario vencer las fuerzas de atracción que los mantienen en el líquido.
Punto de ebullición
El punto de ebullición es aquel en el quehay una igualdad de dos presiones: vapores externos y saturados. Aumenta a medida que aumenta la presión y disminuye a medida que disminuye la presión. Debido al hecho de que la presión en el líquido cambia con la altura de la columna, la ebullición ocurre en diferentes niveles a diferentes temperaturas. Solo el vapor saturado, que se encuentra sobre la superficie del líquido durante el proceso de ebullición, tiene cierta temperatura. Está determinado solo por la presión externa. A esto nos referimos cuando hablamos del punto de ebullición. Difiere para diferentes líquidos, que se usa ampliamente en ingeniería, en particular, al destilar productos derivados del petróleo.
El calor latente de vaporización es la cantidad de calor necesaria para convertir una cantidad isotérmicamente definida de líquido en vapor si la presión externa es la misma que la presión de vapor saturado.
Propiedades de las películas líquidas
Todos sabemos cómo hacer espuma disolviendo jabón en agua. Esto no es más que muchas burbujas, que están limitadas por la película más delgada que consiste en líquido. Sin embargo, también se puede obtener una película separada del líquido espumante. Sus propiedades son muy interesantes. Estas películas pueden ser muy finas: su espesor en las partes más finas no supera la cienmilésima de milímetro. Sin embargo, a veces son muy estables, a pesar de esto. La película de jabón puede sufrir deformaciones y estiramientos, un chorro de agua puede atravesarla sin destruirla. ¿Cómo explicar tal estabilidad? Para que aparezca una película, es necesario agregar sustancias que se disuelven en ella a un líquido puro. Pero no cualquiera, sino tal,lo que reduce significativamente la tensión superficial.
Películas líquidas en la naturaleza y la tecnología
En tecnología y naturaleza, no nos encontramos principalmente con películas individuales, sino con espuma, que es su combinación. A menudo se puede observar en arroyos, donde pequeños arroyos caen en aguas tranquilas. La capacidad del agua para formar espuma en este caso está asociada con la presencia de materia orgánica en ella, que es secretada por las raíces de las plantas. Este es un ejemplo de cómo las sustancias líquidas naturales hacen espuma. Pero, ¿y la tecnología? Durante la construcción, por ejemplo, se utilizan materiales especiales que tienen una estructura celular que se asemeja a la espuma. Son livianos, baratos, lo suficientemente fuertes, conducen mal el sonido y el calor. Para obtenerlos, se añaden agentes espumantes a soluciones especiales.
Conclusión
Entonces, hemos aprendido qué sustancias son líquidas, descubrimos que el líquido es un estado intermedio de la materia entre gaseoso y sólido. Por lo tanto, tiene propiedades características de ambos. Los cristales líquidos, que hoy en día se utilizan mucho en la tecnología y la industria (por ejemplo, las pantallas de cristal líquido), son un excelente ejemplo de este estado de la materia. Combinan las propiedades de los sólidos y los líquidos. Es difícil imaginar qué sustancias líquidas inventará la ciencia en el futuro. Sin embargo, es claro que existe un gran potencial en este estado de la materia que puede ser utilizado en beneficio de la humanidad.
Especial interés en la consideración de los procesos físicos y químicos que ocurrenen estado líquido, debido al hecho de que la persona misma consiste en un 90% de agua, que es el líquido más común en la Tierra. Es en él donde tienen lugar todos los procesos vitales tanto en el mundo vegetal como en el animal. Por lo tanto, es importante que todos nosotros estudiemos el estado líquido de la materia.
