§ 8. Будова і ўласцівасці вадкасцей
Фізічныя ўласцівасці розных газаў, якія знаходзяцца пры дастаткова малых шчыльнасцях і высокіх тэмпературах, амаль аднолькавыя. Уласцівасці цвёрдых цел істотна залежаць ад узаемадзеяння часціц, з якіх яны складаюцца, і таму вельмі розныя. А што абумоўлівае ўласцівасці вадкасцей і іх адрозненне ад газаў і цвёрдых цел?
Рэчыва ў вадкім агрэгатным стане займае прамежкавае становішча паміж крышталямі і газамі, таму мае некаторыя агульныя рысы з абодвума гэтымі станамі. Напрыклад, для вадкасцей, як і для крышталічных цел, характэрная наяўнасць пэўнага аб’ёму. Разам з тым вадкасці, як і газы, прымаюць форму пасудзіны, у якой знаходзяцца, і могуць бесперапынна пераходзіць у газападобны агрэгатны стан. Аднак вадкасці маюць шэраг уласцівых толькі ім асаблівасцей, найбольш характэрная з якіх — цякучасць.
Сярэдняя адлегласць паміж малекуламі рэчыва ў вадкім стане меншая (мал. 53, а), чым у газападобным (мал. 53, б). Яна роўная прыблізна аднаму-двум дыяметрам малекулы, гэта значыць складае каля 0,5 нм. Таму шчыльнасць вадкасці прыблізна ў 103 разоў перавышае шчыльнасць газу. Уласцівасці вадкасцей залежаць як ад асаблівасцей руху малекул, так і ад сіл іх узаемадзеяння.
Доследным шляхам у вадкасцях выяўлены блізкі парадак у размяшчэнні часціц (мал. 53, а). У адрозненне ад цвёрдых крышталічных цел (мал. 53, в) у вадкасцях упарадкаванасць у размяшчэнні малекул захоўваецца толькі сярод найбліжэйшых суседзяў (на адлегласцях, роўных некалькім дыяметрам малекулы).
Малекулы вадкасці выконваюць бесперапынныя хаатычныя ваганні каля часовых становішчаў іх раўнавагі. Сярэдняя кінетычная энергія такіх ваганняў малекул вызначае тэмпературу вадкасці. Малекулы, якія атрымалі дадатковую энергію ў выніку сутыкненняў з іншымі малекуламі, могуць «пераскочыць» у новае (таксама часовае) становішча раўнавагі. Адлегласць гэтага становішча раўнавагі ад папярэдняга, як правіла, суадносіцца з памерамі саміх малекул. Такім чынам, малекулы павольна перамяшчаюцца ўнутры вадкасці, і каля пэўных месцаў знаходзяцца толькі на працягу некаторага прамежку часу Δτ.
Блізкі парадак* у вадкасці пастаянна парушаецца ў выніку цеплавога руху малекул і зноў утвараецца сіламі міжмалекулярнага ўзаемадзеяння. З-за адсутнасці далёкага парадку ў размяшчэнні часціц вадкасцям, за невялікім выключэннем, не ўласцівая анізатрапія, характэрная для крышталёў.
Такім чынам, уласцівасці вадкасцей абумоўлены адлегласцямі паміж малекуламі, сувымернымі з іх уласнымі памерамі, і магчымасцю малекул адносна свабодна перамяшчацца.
Адзначым, што сцвярджэнне «вадкасць не мае ўласнай формы» не зусім карэктнае. Вадкасці, як і цвёрдыя целы, практычна несціскальныя, але яны цякучыя, таму іх форма залежыць ад формы адведзенай ім пасудзіны. На форму вадкасці ўплываюць знешнія сілы, напрыклад сіла цяжару сумесна з сіламі рэакцыі дна і сценак пасудзіны, у якой знаходзіцца вадкасць. Акрамя таго, дзеянне малекулярных сіл прыцяжэння прыводзіць да скарачэння свабоднай паверхні вадкасці.
Малекулы, размешчаныя ў тонкім слоі паблізу паверхні, знаходзяцца ў асаблівых умовах з той прычыны, што ў паверхневым слоі вадкасці праяўляецца нескампенсаванасць малекулярных сіл прыцяжэння. На самай справе, любая малекула ўнутры вадкасці з усіх бакоў акружана суседнімі (аднолькавымі) малекуламі, дзеянне якіх узаемна кампенсуецца (мал. 54). Таму тут малекулярныя сілы прыцяжэння ўраўнаважваюцца, і рэзультуючая гэтых сіл роўная нулю. Канцэнтрацыя малекул у паветры значна меншая, чым у вадкасці, таму рэзультуючая сіл прыцяжэння кожнай малекулы паверхневага слоя малекуламі газу меншая за рэзультуючую сіл яе прыцяжэння малекуламі вадкасці. Такім чынам, рэзультуючыя сіл прыцяжэння, якія дзейнічаюць на малекулы паверхневага слоя, накіраваны ўнутр вадкасці. Пад уздзеяннем гэтых сіл частка малекул паверхневага слоя ўцягваецца ўнутр, колькасць малекул на паверхні памяншаецца і плошча паверхні вадкасці скарачаецца да пэўнай велічыні. Мінімальную плошчу паверхні пры дадзеным аб’ёме маюць шарападобныя целы. Напрыклад, кроплі вады пры судакрананні зліваюцца ў адну, форма якой адрозніваецца ад сферычнай у выніку дзеяння сілы цяжару і сілы рэакцыі апоры.
Паверхневае нацяжэнне — прычына таго, што вада збіраецца ў кроплі (мал. 55), утвараюцца мыльныя бурбалкі (мал. 56), жук-вадамер рухаецца па паверхні вады (мал. 57), а ў стане бязважкасці любы аб’ём свабоднай вадкасці прымае сферычную форму.
1. Што ў будове вадкасцей абумоўлівае іх уласцівасці?
2. Якія асаблівасці руху малекул вадкасці?
3. Якія агульныя рысы і ў чым адрозненне ва ўласцівасцях вадкасцей і газаў?
4. Якія агульныя рысы і ў чым адрозненне ва ўласцівасцях вадкасцей і цвёрдых цел?
5. У вадкасцях часціцы выконваюць ваганні каля часовых становішчаў раўнавагі, узаемадзейнічаючы з суседнімі часціцамі. Праз пэўны прамежак часу часціца робіць «скачок» да іншага становішча раўнавагі. Якую ўласцівасць вадкасцей можна растлумачыць такім характарам руху іх часціц?
* Наяўнасць у вадкасцях блізкага парадку ў размяшчэнні часціц з’яўляецца прычынай таго, што структуру вадкасцей называюць квазікрышталічнай (крышталепадобнай). ↑