तरल पदार्थ और गैसों के सामान्य गुण। तरल पदार्थ और गैसों के बुनियादी भौतिक गुण

तरल एक ऐसा पदार्थ है जो एकत्रीकरण की स्थिति में होता है जो ठोस और गैसीय के बीच मध्यवर्ती होता है। इसके अलावा, इसकी अवस्था, जैसा कि ठोस पदार्थों के मामले में, संघनित होती है, अर्थात यह कणों (परमाणुओं, अणुओं, आयनों) के बीच संबंध मानती है। एक तरल में ऐसे गुण होते हैं जो मूल रूप से इसे उन पदार्थों से अलग करते हैं जो एकत्रीकरण की अन्य अवस्थाओं में होते हैं। मुख्य है मात्रा में हानि के बिना यांत्रिक तनाव के प्रभाव में बार-बार आकार बदलने की क्षमता। आज हम जानेंगे कि तरल पदार्थों में क्या गुण होते हैं और वे आम तौर पर क्या होते हैं।

सामान्य विशेषताएँ

गैस आयतन और आकार बनाए नहीं रखती, ठोस दोनों को बनाए रखता है, और तरल केवल आयतन बनाए रखता है। इसीलिए एकत्रीकरण की तरल अवस्था को मध्यवर्ती माना जाता है। तरल की सतह एक लोचदार झिल्ली की तरह होती है और इसका आकार निर्धारित करती है। ऐसे पिंडों के अणुओं की एक ओर तो कोई निश्चित स्थिति नहीं होती और दूसरी ओर, वे गति की पूर्ण स्वतंत्रता प्राप्त नहीं कर सकते। वे बूंदें बना सकते हैं और अपनी सतह के नीचे बह सकते हैं। द्रव के अणुओं के बीच एक आकर्षण होता है, जो उन्हें निकट सीमा पर रखने के लिए पर्याप्त है।

पदार्थ एक निश्चित तापमान सीमा में तरल अवस्था में रहता है। यदि तापमान इससे नीचे चला जाता है, तो ठोस रूप (क्रिस्टलीकरण) में संक्रमण होता है, और यदि तापमान इससे ऊपर उठता है, तो गैसीय रूप (वाष्पीकरण) में संक्रमण होता है। एक ही तरल के लिए इस अंतराल की सीमाएं दबाव के आधार पर उतार-चढ़ाव हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, पहाड़ों में, जहां मैदानी इलाकों की तुलना में दबाव काफी कम होता है, पानी कम तापमान पर उबलता है।

आमतौर पर, एक तरल में केवल एक संशोधन होता है, और इसलिए यह समग्र अवस्था और थर्मोडायनामिक चरण दोनों होता है। सभी तरल पदार्थों को शुद्ध पदार्थों और मिश्रणों में विभाजित किया गया है। इनमें से कुछ मिश्रण मानव जीवन में निर्णायक महत्व रखते हैं: रक्त, समुद्री जल और अन्य।

आइए तरल पदार्थों के मूल गुणों पर विचार करें।

द्रवता

तरल पदार्थ मुख्य रूप से अपनी तरलता में अन्य पदार्थों से भिन्न होता है। यदि इस पर कोई बाहरी बल लगाया जाता है, तो कणों का प्रवाह इसके अनुप्रयोग की दिशा में प्रकट होता है। इस प्रकार, बाहरी असंतुलित बलों के संपर्क में आने पर, तरल कणों के आकार और सापेक्ष स्थिति को बनाए रखने में सक्षम नहीं होता है। इसी कारण से यह जिस बर्तन में गिरता है उसी का आकार ले लेता है। ठोस प्लास्टिक पिंडों के विपरीत, तरल पदार्थों का कोई उपज बिंदु नहीं होता है, अर्थात, वे संतुलन अवस्था से थोड़ी सी भी बाहर निकलने पर प्रवाहित होते हैं।

आयतन संरक्षण

तरल पदार्थों के विशिष्ट भौतिक गुणों में से एक यांत्रिक तनाव के तहत मात्रा बनाए रखने की क्षमता है। अणुओं के उच्च घनत्व के कारण इन्हें संपीड़ित करना बेहद कठिन होता है। पास्कल के नियम के अनुसार, किसी बर्तन में बंद तरल पदार्थ पर डाला गया दबाव उसके आयतन के प्रत्येक बिंदु पर बिना किसी बदलाव के प्रसारित होता है। न्यूनतम संपीड़न क्षमता के साथ, इस सुविधा का हाइड्रोलिक्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अधिकांश तरल पदार्थों को गर्म करने पर उनका आयतन बढ़ जाता है और ठंडा करने पर उनका आयतन कम हो जाता है।

श्यानता

तरल पदार्थों के मुख्य गुणों में, जैसे गैसों के मामले में, यह चिपचिपाहट पर ध्यान देने योग्य है। श्यानता कणों की एक दूसरे के सापेक्ष गति, यानी आंतरिक घर्षण का विरोध करने की क्षमता है। जब तरल की आसन्न परतें एक-दूसरे के सापेक्ष चलती हैं, तो अणुओं की अपरिहार्य टक्कर होती है, और बल उत्पन्न होते हैं जो व्यवस्थित गति को रोकते हैं। क्रमबद्ध गति की गतिज ऊर्जा अराजक गति की तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। यदि किसी बर्तन में रखे तरल को हिलाया जाए और फिर अकेला छोड़ दिया जाए तो वह धीरे-धीरे बंद हो जाएगा, लेकिन उसका तापमान बढ़ जाएगा।

मुक्त सतह और सतह तनाव

यदि आप समतल सतह पर पड़ी पानी की एक बूंद को देखेंगे तो आप देखेंगे कि वह गोल है। यह द्रवों के मुक्त सतह निर्माण और सतह तनाव जैसे गुणों के कारण होता है। आयतन बनाए रखने के लिए तरल पदार्थों की क्षमता एक मुक्त सतह के गठन को निर्धारित करती है, जो चरणों के बीच इंटरफेस के अलावा और कुछ नहीं है: तरल और गैसीय। जब एक ही पदार्थ के ये चरण संपर्क में आते हैं, तो इंटरफ़ेस विमान के क्षेत्र को कम करने के उद्देश्य से बल उत्पन्न होते हैं। इन्हें पृष्ठ तनाव कहा जाता है। चरण सीमा एक लोचदार झिल्ली है जो सिकुड़ने की प्रवृत्ति रखती है।

सतही तनाव को तरल अणुओं के एक दूसरे के प्रति आकर्षण से भी समझाया जाता है। प्रत्येक अणु स्वयं को अन्य अणुओं से "घेर" लेता है और इंटरफ़ेस से दूर चला जाता है। इसकी वजह से सतह तेजी से कम हो रही है. यह इस तथ्य को स्पष्ट करता है कि साबुन के बुलबुले और उबालने के दौरान बनने वाले बुलबुले गोलाकार आकार लेते हैं। यदि द्रव पर केवल पृष्ठ तनाव का बल ही कार्य करे तो वह निश्चित रूप से यह आकार ले लेगा।

छोटी वस्तुएं जिनका घनत्व तरल के घनत्व से अधिक है, वे इसकी सतह पर इस तथ्य के कारण रहने में सक्षम हैं कि सतह क्षेत्र में वृद्धि को रोकने वाला बल गुरुत्वाकर्षण बल से अधिक है।

वाष्पीकरण एवं संघनन

वाष्पीकरण किसी पदार्थ का तरल से गैसीय अवस्था में क्रमिक संक्रमण है। तापीय गति की प्रक्रिया के दौरान, कुछ अणु तरल को छोड़ते हैं, उसकी सतह से गुजरते हैं, और वाष्प में परिवर्तित हो जाते हैं। इसके समानांतर, अणुओं का एक और हिस्सा, इसके विपरीत, वाष्प से तरल में गुजरता है। जब तरल छोड़ने वाले यौगिकों की संख्या उसमें प्रवेश करने वाले यौगिकों की संख्या से अधिक हो जाती है, तो वाष्पीकरण की प्रक्रिया होती है।

संघनन वाष्पीकरण की विपरीत प्रक्रिया है। संघनन के दौरान, तरल वाष्प से निकलने की तुलना में अधिक अणु प्राप्त करता है।

वर्णित दोनों प्रक्रियाएँ कोई संतुलन नहीं हैं और स्थानीय संतुलन स्थापित होने तक जारी रह सकती हैं। इस मामले में, तरल पूरी तरह से वाष्पित हो सकता है या अपने वाष्प के साथ संतुलन में आ सकता है।

उबलना

उबालना किसी तरल पदार्थ के आंतरिक परिवर्तन की प्रक्रिया है। जब तापमान एक निश्चित बिंदु तक बढ़ जाता है, तो वाष्प का दबाव पदार्थ के अंदर के दबाव से अधिक हो जाता है और उसमें बुलबुले बनने लगते हैं। गुरुत्वाकर्षण की स्थिति में, वे ऊपर की ओर तैरते हैं।

गीला

गीलापन वह घटना है जो तब घटित होती है जब कोई तरल भाप की उपस्थिति में किसी ठोस के संपर्क में आता है। इस प्रकार, यह तीन चरणों के बीच इंटरफेस पर होता है। यह घटना किसी तरल पदार्थ के ठोस पदार्थ से "चिपकने" और उसके ठोस पदार्थ की सतह पर फैलने को दर्शाती है। गीलापन तीन प्रकार का होता है: सीमित, पूर्ण और गैर-गीला।

मिश्रणीयता

तरल पदार्थों की एक दूसरे में घुलने की क्षमता को दर्शाता है। मिश्रणीय तरल पदार्थों का एक उदाहरण पानी और अल्कोहल है, और अमिश्रणीय तरल पदार्थ पानी और तेल हैं।

प्रसार

जब दो मिश्रित तरल पदार्थ एक ही बर्तन में होते हैं, तो थर्मल आंदोलन के कारण, अणु इंटरफ़ेस पर काबू पाने लगते हैं, और तरल पदार्थ धीरे-धीरे मिश्रित होते हैं। इस प्रक्रिया को प्रसार कहते हैं. यह उन पदार्थों में भी हो सकता है जो एकत्रीकरण की अन्य अवस्थाओं में हैं।

ज़्यादा गरम होना और हाइपोथर्मिया

तरल पदार्थों के आकर्षक गुणों के बीच, यह अति ताप और हाइपोथर्मिया पर ध्यान देने योग्य है। ये प्रक्रियाएँ अक्सर रासायनिक युक्तियों का आधार बनती हैं। एकसमान हीटिंग के साथ, मजबूत तापमान परिवर्तन और यांत्रिक प्रभावों के बिना, तरल बिना उबाले क्वथनांक से ऊपर गर्म हो सकता है। इस प्रक्रिया को ओवरहीटिंग कहा जाता है। यदि आप किसी भी वस्तु को अत्यधिक गर्म तरल में फेंकते हैं, तो वह तुरंत उबल जाएगी।

किसी तरल पदार्थ का सुपरकूलिंग इसी तरह से होता है, यानी, इसे बिना फ्रीज किए, हिमांक बिंदु से नीचे के तापमान तक ठंडा किया जाता है। हल्के से प्रभाव से, अतिशीतित तरल तुरंत क्रिस्टलीकृत हो जाता है और बर्फ में बदल जाता है।

सतह पर लहरें

यदि किसी तरल पदार्थ की सतह के एक हिस्से का संतुलन गड़बड़ा जाता है, तो, पुनर्स्थापन बलों के प्रभाव में, यह वापस संतुलन में आ जाएगा। यह गति एक चक्र तक सीमित नहीं रहती बल्कि दोलनों में परिवर्तित होकर अन्य क्षेत्रों तक फैल जाती है। इससे तरंगें उत्पन्न होती हैं जिन्हें किसी भी तरल की सतह पर देखा जा सकता है।

जब पुनर्स्थापन बल मुख्य रूप से गुरुत्वाकर्षण होता है, तो तरंगों को गुरुत्वाकर्षण कहा जाता है। इन्हें पानी पर हर जगह देखा जा सकता है। यदि पुनर्स्थापना बल मुख्य रूप से सतह तनाव के बल से बनता है, तो तरंगों को केशिका कहा जाता है। अब आप जानते हैं कि तरल पदार्थों का कौन सा गुण पानी की परिचित हलचल का कारण बनता है।

घनत्व तरंगें

तरल को संपीड़ित करना बेहद मुश्किल है, हालांकि, तापमान में बदलाव के साथ, इसकी मात्रा और घनत्व अभी भी बदलता है। यह तुरंत नहीं होता है: जब एक क्षेत्र संकुचित होता है, तो अन्य क्षेत्र देरी से संकुचित होते हैं। इस प्रकार, तरल के अंदर लोचदार तरंगें फैलती हैं, जिन्हें घनत्व तरंगें कहा जाता है। यदि तरंग के फैलने के साथ घनत्व थोड़ा बदल जाता है, तो मैं इसे ध्वनि कहता हूं, और यदि पर्याप्त रूप से पर्याप्त हो, तो इसे झटका कहता हूं।

हम द्रवों के सामान्य गुणों से परिचित हो गये हैं। सभी मुख्य विशेषताएं तरल पदार्थों के प्रकार और संरचना पर निर्भर करती हैं।

वर्गीकरण

तरल पदार्थों के बुनियादी भौतिक गुणों पर विचार करने के बाद, आइए जानें कि उन्हें कैसे वर्गीकृत किया जाता है। तरल पदार्थों की संरचना और गुण उन्हें बनाने वाले कणों की वैयक्तिकता, साथ ही उनके बीच परस्पर क्रिया की प्रकृति और गहराई पर निर्भर करते हैं। इसके आधार पर, हम भेद करते हैं:

1. परमाणु तरल पदार्थ. इनमें परमाणु या गोलाकार अणु होते हैं जो केंद्रीय वैन डेर वाल्स बलों द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं। इसका ज्वलंत उदाहरण तरल आर्गन और तरल मीथेन है।
2. समान परमाणुओं वाले द्विपरमाणुक अणुओं से बने तरल पदार्थ, जिनके आयन कूलम्ब बलों से बंधे होते हैं। उदाहरणों में शामिल हैं: तरल हाइड्रोजन, तरल सोडियम और तरल पारा।
3. तरल पदार्थ जिनमें द्विध्रुव-द्विध्रुव अंतःक्रिया द्वारा जुड़े ध्रुवीय अणु होते हैं, उदाहरण के लिए, तरल हाइड्रोजन ब्रोमाइड।
4. संबद्ध तरल पदार्थ. उनके पास हाइड्रोजन बांड (पानी, ग्लिसरॉल) हैं।
5. तरल पदार्थ जिनमें बड़े अणु होते हैं। उत्तरार्द्ध के लिए, स्वतंत्रता की आंतरिक डिग्री एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

पहले दो (कम अक्सर तीन) समूहों के पदार्थ सरल कहलाते हैं। उनका अध्ययन अन्य सभी की तुलना में बेहतर किया गया है। जटिल तरल पदार्थों में जल का सबसे अधिक अध्ययन किया गया है। इस वर्गीकरण में लिक्विड क्रिस्टल और क्वांटम तरल पदार्थ शामिल नहीं हैं, क्योंकि वे विशेष मामलों का प्रतिनिधित्व करते हैं और अलग से माने जाते हैं।

हाइड्रोडायनामिक गुणों के दृष्टिकोण से, तरल पदार्थों को न्यूटोनियन और गैर-न्यूटोनियन में विभाजित किया गया है। पूर्व का प्रवाह न्यूटन के नियम का पालन करता है। इसका मतलब यह है कि उनका कतरनी तनाव वेग प्रवणता पर रैखिक रूप से निर्भर करता है। इन मात्राओं के बीच आनुपातिकता गुणांक को श्यानता कहा जाता है। गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों के लिए, चिपचिपाहट वेग प्रवणता के साथ बदलती रहती है।

पढ़ना

तरल पदार्थ और गैसों की गति और यांत्रिक संतुलन के साथ-साथ ठोस पदार्थों सहित उनकी अंतःक्रिया का अध्ययन, यांत्रिकी की शाखा है जिसे हाइड्रोएरोमैकेनिक्स के रूप में जाना जाता है। इसे हाइड्रोडायनामिक्स भी कहा जाता है।

असंपीड्य तरल पदार्थों का अध्ययन हाइड्रोएरोमैकेनिक्स के उपधारा में किया जाता है, जिसे केवल हाइड्रोमैकेनिक्स कहा जाता है। चूँकि द्रवों की संपीडनशीलता बहुत कम होती है, इसलिए कई मामलों में इसे उपेक्षित ही कर दिया जाता है। संपीड़ित तरल पदार्थों का अध्ययन गैस गतिशीलता द्वारा किया जाता है।

द्रव यांत्रिकी को हाइड्रोस्टैटिक्स और हाइड्रोडायनामिक्स (संकीर्ण अर्थ में) में विभाजित किया गया है। पहले मामले में, असम्पीडित तरल पदार्थों के संतुलन का अध्ययन किया जाता है, और दूसरे में, उनके आंदोलन का।

मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक्स चुंबकीय और विद्युत प्रवाहकीय तरल पदार्थों के अध्ययन से संबंधित है, जबकि हाइड्रोलिक्स लागू समस्याओं से संबंधित है।

हाइड्रोस्टैटिक्स का मूल नियम पास्कल का नियम है। आदर्श असंपीड्य तरल पदार्थों की गति का वर्णन यूलर समीकरण द्वारा किया जाता है। उनके स्थिर प्रवाह के लिए, बर्नौली का नियम संतुष्ट है। और टोरिसेली का सूत्र छिद्रों से तरल पदार्थों के प्रवाह का वर्णन करता है। चिपचिपे तरल पदार्थों की गति नेवियर-स्टोक्स समीकरण का पालन करती है, जो अन्य बातों के अलावा, संपीड़ितता को भी ध्यान में रख सकती है।

किसी तरल पदार्थ में लोचदार तरंगों और कंपन (वास्तव में, अन्य मीडिया में) का अध्ययन ध्वनिकी जैसे विज्ञान द्वारा किया जाता है। हाइड्रोकॉस्टिक्स एक उपधारा है जो पानी के भीतर संचार, स्थान और अन्य चीजों की समस्याओं को हल करने के लिए जलीय वातावरण में ध्वनि के अध्ययन के लिए समर्पित है।

अंत में

आज हम द्रवों के सामान्य भौतिक गुणों से परिचित हुए। हमने यह भी जाना कि ऐसे पदार्थ क्या हैं और उनका वर्गीकरण कैसे किया जाता है। जहां तक ​​किसी तरल के रासायनिक गुणों का सवाल है, वे सीधे उसकी संरचना पर निर्भर करते हैं। इसलिए, प्रत्येक पदार्थ के लिए उन पर अलग से विचार किया जाना चाहिए। किसी द्रव का कौन सा गुण महत्वपूर्ण है और कौन सा नहीं, इसका उत्तर देना कठिन है। यहां सब कुछ उस कार्य पर निर्भर करता है जिसके संदर्भ में इस तरल पदार्थ पर विचार किया जाता है।

तरल पदार्थ और गैसों के यांत्रिकी

तरल और गैस के बुनियादी भौतिक गुण। पैरामीटर जो तरल पदार्थ और गैसों के गुणों को निर्धारित करते हैं। किसी तरल पदार्थ पर कार्य करने वाली शक्तियाँ।

तरल- भौतिक एक ऐसा पिंड जिसके आयतन में परिवर्तन के प्रति बहुत अधिक प्रतिरोध होता है और उसके आकार में परिवर्तन के प्रति बहुत कम प्रतिरोध होता है। फेरूल कणों के बीच कम आसंजन बल और उनकी गतिशीलता में आसानी के कारण ठोस पदार्थों से भिन्न होते हैं, जिसके कारण तरल पदार्थ होते हैं। जिस पात्र में इसे डाला जाता है उसी का आकार ले लेता है। यह संपत्ति - द्रवता . वहाँ हैं: टपक- असम्पीडित (पानी, तेल) और गैसीय-संपीड़ित. (वाष्प, गैसें)।

भौतिक गुण:

1) घनत्व : . आसुत जल के लिए

2) विशिष्ट गुरुत्व – प्रति इकाई आयतन द्रव का भार: .

3) सापेक्ष घनत्व (सापेक्ष विशिष्ट गुरुत्व) – घनत्व अनुपात (विशिष्ट भार) जी. एल के घनत्व (विशिष्ट गुरुत्व) के लिए। पर :

4) दबाव - क्षमता जी. दबाव बढ़ने पर आयतन कम करें।

वॉल्यूमेट्रिक संपीड़न अनुपात- दबाव में एकल परिवर्तन के साथ तरल की मात्रा में सापेक्ष परिवर्तन: .

लोच का थोक मापांक– पारस्परिक मात्रा: .

5) तापमान का विस्तार – क्षमता जी. तापमान बदलने पर आयतन बदलें।

थर्मल विस्तार गुणांक- ईंधन की मात्रा में सापेक्ष परिवर्तन. जब तापमान बदलता है: . .

6) श्यानता - किसी तरल पदार्थ की अपने कणों की गति का विरोध करने और गति के दौरान आंतरिक स्पर्शरेखीय तनाव विकसित करने की क्षमता: ,

आंतरिक बल कहां है. घर्षण, एन; एस - रगड़ने वाली परतों का क्षेत्र, एम2;

- तरल की गतिशील श्यानता, [Pa∙s] = - संतुलन।

τ - कतरनी तनाव: (न्यूटोनियन तरल पदार्थों के लिए) और (गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों के लिए), आराम की स्थिति में तरल पदार्थ का स्पर्शरेखीय तनाव है।

डायनेमिक गाढ़ापनसंख्यात्मक रूप से इकाई घर्षण बल (τ) के बराबर, वेग प्रवणता एकता के बराबर। ± चिन्ह बताता है कि दो आसन्न परतें परस्पर क्रिया करती हैं: अधिक गति वाली परत दूसरी (+) को गति देती है, कम गति वाली परत धीमी (-) करती है।

कीनेमेटीक्स चिपचिपापन- तरल घनत्व के लिए µ का अनुपात: .

डु/डाई- वेग ढाल विशेषता रिले। मोटाई डाई की अलग-अलग परतों के बीच गति डु में परिवर्तन, एस -1। डु/डाई = टैन β, जहां β आरेख की स्पर्श रेखा के झुकाव का कोण है।

साधारण (न्यूटोनियन) द्रव की श्यानता। जी के प्रकार पर निर्भर करता है। और तापमान. चिपचिपाहट निर्धारित करने के लिए उपकरण। – विस्कोमीटर. गैर-न्यूटोनियन रेलवे के लिए. चिपचिपाहट वेग प्रवणता (मोर्टार, पेट्रोलियम उत्पाद) पर निर्भर करती है।

किसी तरल पदार्थ पर कार्य करने वाली शक्तियाँ

1) सतही बल (हाइड्रोडायनामिक दबाव बल, लोचदार बल, घर्षण) तरल की सतह पर वितरित होते हैं। और इसके क्षेत्रफल के समानुपाती हैं:

, कहाँ पी- इकाई बल या तनाव, एन/एम 2; ω – बल की कार्रवाई का क्षेत्र, एम2.

तरल पदार्थ और गैसों के मुख्य भौतिक गुणों में शामिल हैं: घनत्व, विशिष्ट गुरुत्व, संपीड़ितता, थर्मल विस्तार, चिपचिपापन। तरल पदार्थों के लिए, वाष्पीकरण, सतह तनाव और केशिकाता अतिरिक्त रूप से महत्वपूर्ण गुण हैं। गैसों में द्रवों में घुलनशीलता का गुण होता है।

घनत्व आर- एक इकाई आयतन (किलो/एम3) में निहित तरल या गैस का द्रव्यमान। एक सजातीय तरल के लिए

कहाँ एम- तरल द्रव्यमान, किग्रा; वी– द्रव का आयतन, एम3.

विशिष्ट गुरुत्व जी- प्रति इकाई आयतन तरल या गैस का वजन (N/m3):

, (2.2)

जहाँ G द्रव का भार है, N.

घनत्व और विशिष्ट गुरुत्व एक दूसरे से संबंध द्वारा संबंधित हैं:

, (2.3)

जहाँ g गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है: g = 9.81 m/s 2।

बढ़ते तापमान के साथ, तरल पदार्थ और गैसों का घनत्व कम हो जाता है (पानी को छोड़कर)। पानी के लिए, अधिकतम घनत्व 4 0 C पर होता है क्योंकि इसका तापमान 4 0 C से घटकर 0 0 C हो जाता है और तापमान >4 0 C बढ़ जाता है, घनत्व कम हो जाता है। तापमान पर गैस घनत्व की निर्भरता पर नीचे अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।

इसके अलावा, तरल पदार्थ और गैसों का घनत्व दबाव पर निर्भर करता है। किसी तरल पदार्थ के लिए यह निर्भरता नगण्य है, लेकिन गैस का घनत्व दबाव पर काफी हद तक निर्भर करता है। ये निर्भरताएँ नीचे दी जाएंगी।

दबाव- बाहरी दबाव बदलने पर द्रव का आयतन विपरीत ढंग से बदलने का गुण। किसी तरल पदार्थ की संपीड़न क्षमता को वॉल्यूमेट्रिक संपीड़न अनुपात द्वारा विशेषता दी जाती है बी आर(पा -1), जो इसके बराबर है:

कहाँ वि 0- तरल की प्रारंभिक मात्रा, एम3; डी.वी.- प्रारंभिक दबाव में परिवर्तन के साथ प्रारंभिक आयतन (एम 3) में परिवर्तन प 0राशि से डी.आर.पी(पीए) .

सूत्र (2.4) में ऋण चिह्न का अर्थ है कि जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है (सकारात्मक वृद्धि), प्रारंभिक मात्रा घट जाती है (नकारात्मक वृद्धि)।

यह तो स्पष्ट है डी.वी.=वी से־ वि 0, ए डी.आर.=आर- р 0 (वी к,आर के- आयतन और दबाव का अंतिम मान)। इन मानों को सूत्र (2.4) में प्रतिस्थापित करने पर हमें प्राप्त होता है:

. (2.5)

आइए मान को प्रतिस्थापित करें वीसूत्र (2.1) में और दबाव पर तरल के घनत्व को निर्धारित करने के लिए निर्भरता प्राप्त करें:

, (2.6)

कहाँ आर 0 - तरल का प्रारंभिक घनत्व, किग्रा/एम3।

अघुलनशील हवा और अन्य गैसों के बुलबुले से साफ किए गए तरल पदार्थ, बहुत कम संपीड़ित होते हैं। इस प्रकार, दबाव में 0.1 एमपीए की वृद्धि के साथ, पानी की मात्रा केवल 0.005% कम हो जाती है।

पारस्परिक मूल्य बी आर, को तरल की लोच का थोक मापांक कहा जाता है इ(पीए):

अंतर करना स्थिरोष्मऔर इज़ोटेर्मालद्रव लोचदार मॉड्यूलि. गणना में, एडियाबेटिक मॉड्यूल का उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां पर्यावरण के साथ गर्मी विनिमय की उपेक्षा की जा सकती है, उदाहरण के लिए, तेज प्रक्रियाओं (पानी के हथौड़ा, तरल का तेजी से संपीड़न, आदि) में। अन्य मामलों में, तरल की लोच के आइसोथर्मल मापांक का उपयोग किया जाता है, जो रुद्धोष्म से थोड़ा कम होता है।

किसी तरल पदार्थ की लोच का इज़ोटेर्मल मापांक बढ़ते तापमान के साथ घटता है और बढ़ते दबाव के साथ बढ़ता है।

तापमान का विस्तार- तापमान बदलने पर द्रव का आयतन विपरीत ढंग से बदलने का गुण। तरल पदार्थों के लिए, यह थर्मल विस्तार के गुणांक द्वारा विशेषता है β टी(के-1 या 0 सी-1):

कहाँ डीटी– तापमान परिवर्तन: ( डीटी = टी सी – टी 0); टी 0 और टी के- प्रारंभिक और अंतिम तापमान, क्रमशः, K या 0 C.

, (2.9)

. (2.10)

तरल पदार्थ के विपरीत, गैसों को महत्वपूर्ण संपीड़न और थर्मल विस्तार की विशेषता होती है। आयतन के बीच संबंध वी, दबाव पीऔर पूर्ण तापमान टीएक आदर्श गैस का वर्णन क्लैपेरॉन समीकरण द्वारा किया जाता है, जो बॉयल-मैरियट और गे-लुसाक समीकरणों को जोड़ता है:

डि मेंडेलीव ने क्लैपेरॉन के समीकरण को एवोगैड्रो के नियम के साथ जोड़ा और निम्नलिखित समीकरण प्राप्त किया:

कहाँ आर- गैस स्थिरांक, जे/(किलो के): हवा के लिए आर=287 जे/(किग्रा के). भौतिक इकाई आर- 1 K द्वारा गर्म करने पर 1 किलो गैस के विस्तार का कार्य। इस समीकरण को क्लैपेरॉन-मेंडेलीव समीकरण कहा जाता है।

वास्तविक गैसें और उनके मिश्रण, द्रवीकरण से दूर की स्थितियों में, व्यावहारिक रूप से आदर्श नियमों के समान नियमों का पालन करते हैं। इसलिए, इमारतों और संरचनाओं के लिए वेंटिलेशन सिस्टम डिजाइन करते समय, आप समीकरणों (1.11 और 1.12) का उपयोग कर सकते हैं।

श्यानता- तरल और गैस का उनके कणों की सापेक्ष गति (कतरनी) का विरोध करने का गुण। पहली बार, किसी तरल में आंतरिक घर्षण की ताकतों के बारे में परिकल्पना 1686 में आई. न्यूटन द्वारा व्यक्त की गई थी। लगभग 200 साल बाद, 1883 में, प्रो. एन.पी. पेट्रोव ने प्रयोगात्मक रूप से इस परिकल्पना की पुष्टि की और इसे गणितीय रूप से व्यक्त किया। एक ठोस दीवार के साथ चिपचिपे तरल पदार्थ के स्तरित प्रवाह में, इसकी परतों की गति की गति होती है यूभिन्न हैं (चित्र 2.1)। अधिकतम गति शीर्ष परत पर होगी, दीवार के संपर्क में परत की गति शून्य होगी। गति में अंतर के कारण, पड़ोसी परतों में सापेक्ष बदलाव होगा, और उनकी सीमा पर स्पर्शरेखीय तनाव उत्पन्न होगा τ . सजातीय तरल पदार्थ और गैसों के लिए, कतरनी तनाव निर्धारित करने के लिए समीकरण है τ (Pa) स्तरित गति के साथ निम्नलिखित रूप रखता है और इसे न्यूटन-पेत्रोव समीकरण कहा जाता है:

, (2.13)

कहाँ एम- आनुपातिकता गुणांक, जिसे गतिशील चिपचिपाहट कहा जाता है, Pa s; डु/डीएन- वेग ढाल, यानी प्राथमिक गति परिवर्तन यूसामान्य के साथ एन, परत वेग वैक्टर, एस -1 के लिए तैयार किया गया। वेग प्रवणता धनात्मक अथवा ऋणात्मक हो सकती है। इसलिए, पहले समीकरण (2.13) में एमवहाँ एक ± चिह्न है.

निरंतरता के साथ τ संपर्क परतों की पूरी सतह पर स्पर्शरेखा तनाव, कुल स्पर्शरेखा बल (घर्षण बल) टीइसके बराबर होगा:

, (2.14)

कहाँ एस- संपर्क परतों का सतह क्षेत्र, एम2।

द्रव और गैस यांत्रिकी में, गणना करते समय गतिज चिपचिपाहट का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। ν (एम/एस 2):

श्यानता तापमान और दबाव पर निर्भर करती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल पदार्थों की चिपचिपाहट कम हो जाती है और गैसों की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। तरल पदार्थों में, चिपचिपाहट आणविक सामंजस्य बलों के कारण होती है, जो बढ़ते तापमान के साथ कमजोर हो जाती है। पानी के लिए, तापमान पर गतिज चिपचिपाहट की निर्भरता अनुभवजन्य पॉइज़ुइल सूत्र (एम 2 / एस) का उपयोग करके निर्धारित की जाती है:

कहाँ टी- पानी का तापमान, 0 सी.

गैसों में, चिपचिपाहट मुख्य रूप से अणुओं की अराजक तापीय गति के कारण होती है, जिसकी गति बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है। एक दूसरे के सापेक्ष गतिमान गैस की परतों के बीच अणुओं का निरंतर आदान-प्रदान होता रहता है। एक परत से पड़ोसी परत तक अणुओं का संक्रमण, जो एक अलग गति से चलता है, एक निश्चित मात्रा में गति के हस्तांतरण की ओर जाता है। परिणामस्वरूप, धीमी परतें तेज़ हो जाती हैं और तेज़ परतें धीमी हो जाती हैं। इसलिए, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, गैसों की चिपचिपाहट बढ़ती है। तापमान के आधार पर गैसों की गतिशील चिपचिपाहट सदरलैंड सूत्र का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है:

, (2.17)

कहाँ μ 0 - 0 o C पर गैस की गतिशील चिपचिपाहट; टी जी- गैस तापमान, के; सी जी- स्थिर, गैस के प्रकार पर निर्भर करता है: हवा के लिए सी जी=130,5.

जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, तरल की चिपचिपाहट बढ़ती है, जिसकी गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

, (2.18)

कहाँ एमऔर म 0- दबाव पर तरल की गतिशील चिपचिपाहट आर केऔर प 0, क्रमशः, Pa∙s; ए- तरल के तापमान (उच्च तापमान पर) के आधार पर गुणांक ए=0.02, निम्न - ए = 0,03).

गैसों के लिए एमजब यह 0 से 0.5 एमपीए तक बदलता है तो थोड़ा दबाव पर निर्भर करता है। दबाव में और वृद्धि के साथ, गैस की चिपचिपाहट घातांक के करीब निर्भरता के अनुसार बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, जब गैस का दबाव 0 से 9 एमपीए तक बढ़ जाता है एमलगभग पाँच गुना बढ़ जाता है।

तन्यता ताकततरल पदार्थों के लिए, अंतर-आणविक आकर्षक बलों की उपस्थिति के कारण, महत्वपूर्ण मूल्यों तक पहुँच सकते हैं। इस प्रकार, अशुद्धियों से शुद्ध और विघटित पानी में, 28 एमपीए तक का तन्य तनाव संक्षेप में प्राप्त किया गया था। तकनीकी रूप से शुद्ध तरल पदार्थ जिनमें गैस के बुलबुले और अशुद्धियों के ठोस कण होते हैं, व्यावहारिक रूप से खिंचाव का विरोध नहीं करते हैं। गैसों में, अणुओं के बीच की दूरियाँ महत्वपूर्ण होती हैं और अंतर-आणविक आकर्षण बल बहुत कम होते हैं। इसलिए, द्रव और गैस यांत्रिकी में यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि तरल पदार्थ और गैसों में तन्य शक्ति शून्य है।

तरल पदार्थ में गैसों की घुलनशीलतापर्यावरण से गैस अणुओं की मुक्त सतह के माध्यम से तरल में प्रवेश करने की क्षमता है। यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि तरल पूरी तरह से गैस या गैसों के मिश्रण से संतृप्त न हो जाए। तरल की प्रति इकाई मात्रा में घुली हुई गैस की मात्रा गैस और तरल के प्रकार, उसके तापमान और मुक्त सतह पर दबाव पर निर्भर करती है। इस घटना का अध्ययन पहली बार 1803 में अंग्रेजी रसायनज्ञ डब्ल्यू हेनरी द्वारा किया गया था और कानून निकाला गया था जो वर्तमान में उनके नाम पर है: संतृप्ति की स्थिति में, स्थिर तापमान पर तरल की एक निश्चित मात्रा में घुली गैस का द्रव्यमान तरल के ऊपर इस गैस के आंशिक दबाव के सीधे आनुपातिक होता है।

जैसे ही दबाव कम होता है, घुली हुई गैस तरल से निकल जाती है। इसमें बुलबुले बनते हैं, जो इस तरल से निकलने वाले तरल वाष्प और गैस से भरे होते हैं।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल में गैस की घुलनशीलता लगभग हमेशा कम हो जाती है। इसलिए, पानी उबालते समय उसमें घुली गैसों को लगभग पूरी तरह से हटाया जा सकता है।

वाष्पीकरण- द्रवों का वाष्प में बदलने का गुण, अर्थात्। गैसीय अवस्था में. किसी द्रव की सतह पर होने वाला वाष्पीकरण कहलाता है वाष्पीकरण . बिना किसी अपवाद के सभी तरल पदार्थ वाष्पित हो जाते हैं। किसी तरल का वाष्पीकरण तरल के प्रकार, तापमान और मुक्त सतह पर बाहरी दबाव पर निर्भर करता है। तापमान जितना अधिक होगा और तरल की सतह पर दबाव जितना कम होगा, वाष्पीकरण प्रक्रिया उतनी ही तेज होगी। आसपास के गैस वातावरण में निहित भाप की मात्रा अनंत नहीं है। यह राज्य नामक कुछ स्तर तक सीमित है परिपूर्णता. इस मामले में, वाष्पित तरल की मात्रा उस तरल की मात्रा के बराबर होती है जो वाष्प से बूंदों (संघनन प्रक्रिया) में बदल गई है। संतृप्त वाष्प का घनत्व और दबाव एक निश्चित तापमान पर तरल के तापमान और प्रकार पर निर्भर करता है, एक निश्चित तरल के लिए संतृप्त वाष्प का घनत्व और दबाव स्थिर मान होते हैं। किसी तरल में हमेशा छोटे गैस के बुलबुले होते हैं; जब तरल को बर्तन की दीवारों के पास गर्म किया जाता है, क्योंकि वहां तापमान सबसे अधिक होता है, तरल इन बुलबुले में वाष्पित हो जाता है जब तक कि बुलबुले में संतृप्त वाष्प का दबाव बाहरी के बराबर न हो जाए। दबाव। तापमान में और वृद्धि के साथ, बुलबुले का आकार बढ़ जाता है; एक उत्प्लावन बल (आर्किमिडीज़ बल) की कार्रवाई के तहत, यह दीवार से अलग हो जाता है, मुक्त सतह पर पहुंच जाता है और फट जाता है। वाष्प-गैस मिश्रण आसपास के गैस वातावरण में प्रवेश करता है। जब एक निश्चित तापमान पहुँच जाता है, तो तरल की पूरी मात्रा में वाष्प-गैस के बुलबुले का निर्माण होता है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, किसी तरल में घुली गैस की मात्रा दबाव पर भी निर्भर करती है। इसलिए, तरल का उबलना तब हो सकता है जब मुक्त सतह पर दबाव कम हो जाता है। वाष्प-गैस बुलबुले के गठन के साथ तरल की पूरी मात्रा में वाष्पीकरण की प्रक्रिया को कहा जाता है उबलना. उबलना एक निश्चित तापमान और दबाव पर होता है। इस तापमान को कहा जाता है क्वथनांक, और दबाव है संतृप्त वाष्प दबाव р एन.पी.. (संदर्भ पुस्तकों में आर एन.पी.. पूर्ण दबाव संदर्भ प्रणाली में दिया गया है)। उदाहरण के लिए, पानी के लिए 100 0 सी के तापमान पर, संतृप्त वाष्प दबाव लगभग 0.1 एमपीए है, और 20 0 सी - 0.0024 एमपीए पर। इस प्रकार, पानी को उबालने के लिए जिसका तापमान 20 0 C है, इसे या तो वायुमंडलीय दबाव पर 100 0 C तक गर्म करना आवश्यक है, या बिना गर्म किए मुक्त सतह पर पूर्ण दबाव को 0.0024 MPa तक कम करना आवश्यक है।

कुछ हाइड्रोलिक उपकरणों में, वायुमंडलीय दबाव से नीचे दबाव को कम करना संभव है, उदाहरण के लिए, तरल पदार्थ चूसते समय पंप के इनलेट पर। जब वहां दबाव कम हो जाता है आर एन.पी.. वाष्प-गैस के बुलबुले बनना और तरल की निरंतरता में व्यवधान शुरू हो जाता है। अधिकांश मामलों में, तरल के प्रवाह से बुलबुले उच्च दबाव वाले क्षेत्र में चले जाते हैं। वाष्प बुलबुले के अंदर संघनित होने लगती है और वहां स्थित गैस फिर से तरल में घुल जाती है। बुलबुले का तथाकथित "पतन" होता है, जो स्थानीय पानी के हथौड़े, शोर और कंपन के साथ होता है। परिणामस्वरूप, पंप की दक्षता और प्रवाह या टरबाइन का प्रदर्शन कम हो जाता है। सुव्यवस्थित शरीर की सतह नष्ट हो सकती है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है गुहिकायन (अक्षांश से. कैविटास- शून्यता) (चित्र 2.2)। गुहिकायन की घटना विज्ञान और प्रौद्योगिकी में सौ वर्षों से कुछ अधिक समय से ज्ञात है। इस घटना की खोज सबसे पहले अंग्रेज इंजीनियर आर. फ्राउड ने 1894 में अंग्रेजी विध्वंसकों के परीक्षण के दौरान की थी। तभी उन्होंने "कैविटेशन" शब्द गढ़ा।

गुहिकायन के भी उपयोगी अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, जब चट्टानों की ड्रिलिंग की जाती है और गुहिकायन क्षरण के कारण सतहों का उपचार किया जाता है।

सतह तनाव- तरल की सतह परत में उत्पन्न होने वाला तनाव और अंतर-आणविक आकर्षण बलों के कारण होता है। आइए अणु पर प्रभाव की तुलना करें ए, एक तरल के अंदर, एक अणु के साथ स्थित है में, तरल और गैस के बीच इंटरफेस के पास स्थित है (चित्र 2.3)। अणु एयह सभी तरफ से अन्य अणुओं से घिरा हुआ है और आसपास के अणुओं से लगने वाली आकर्षक शक्तियां संतुलित हैं। अणु में, गैस के साथ सीमा पर स्थित है, केवल तरल पक्ष पर अन्य अणुओं से घिरा हुआ है, गैस पक्ष पर व्यावहारिक रूप से कोई अणु नहीं हैं; इसलिए, एक अणु के लिए मेंसभी बलों का परिणाम तरल में नीचे की ओर निर्देशित होता है। परिणामस्वरूप, तरल की सतह परत में अतिरिक्त संपीड़न तनाव उत्पन्न होता है। परिणामस्वरूप, तरल एक ऐसा आकार ले लेता है जिसमें उसकी मुक्त सतह न्यूनतम होती है। उदाहरण के लिए, शून्य गुरुत्वाकर्षण में, एक तरल पदार्थ गोलाकार आकार लेता है; गर्म स्टोव पर पानी और तेल की बूंदें समान आकार लेती हैं।

किसी ठोस वस्तु के साथ तरल के संपर्क की स्थिति में, तरल इस वस्तु की सतह को गीला कर भी सकता है और नहीं भी। किसी तरल पदार्थ का व्यवहार तरल अणुओं और ठोस अणुओं के बीच आसंजन बलों के परिमाण पर निर्भर करेगा। पहले मामले में, यदि तरल के अणुओं के बीच आसंजन बल तरल और ठोस के अणुओं के बीच आसंजन बल से अधिक है, तो किसी दिए गए शरीर की सतह पर तरल की एक बूंद थोड़ा चपटा गोला बनाएगी (उदाहरण के लिए, कांच की सतह पर पारे की एक बूंद)। दूसरे मामले में, जब तरल और ठोस के अणुओं के बीच परस्पर क्रिया बल तरल के अणुओं के बीच परस्पर क्रिया बल से अधिक होते हैं, तो तरल की एक बूंद ठोस की सतह पर फैल जाती है। तो पानी की एक बूंद उसी कांच की सतह पर फैलती है, और पानी की पहली बूंद की कुल बाहरी सतह बढ़ जाती है। पहले मामले में, तरल गीलाएक ठोस पिंड की सतह, और दूसरे में - गीला नहीं करता. यदि आप पर्याप्त रूप से बड़े बर्तन में एक पतली ट्यूब (केशिका) रखते हैं, तो तरल द्वारा केशिका की दीवारों को गीला न करने या गीला न करने के कारण, तरल की सतह (मेनिस्कस) में पहले मामले में एक उत्तल आकार होता है और एक अवतल होता है दूसरे मामले में आकार (चित्र 2.4)।

तरल अणुओं और दीवार के अणुओं के बीच परस्पर क्रिया बल तरल की सतह पर अतिरिक्त दबाव पैदा करते हैं। यह दबाव सतह तनाव बलों के कारण होता है और उत्तल सतह के लिए यह सकारात्मक होता है और तरल के अंदर की ओर निर्देशित होता है, अवतल सतह के लिए यह नकारात्मक होता है और विपरीत दिशा में निर्देशित होता है। नतीजतन, अवतल मेनिस्कस के साथ, तरल, बर्तन की सतह और मेनिस्कस की सतह पर दबाव अंतर के प्रभाव में, केशिका में ऊंचाई तक बढ़ जाएगा एच(चित्र 2.4) . उत्तल मेनिस्कस के साथ, तरल, इसके विपरीत, केशिका में डूब जाएगा। ट्यूबों, मनमाने आकार के संकीर्ण चैनलों, छिद्रपूर्ण निकायों में स्तर को बदलने के लिए तरल पदार्थों की क्षमता से युक्त भौतिक घटना को कहा जाता है कपिलैरिटि (अक्षांश से. केशिका - बाल).

केशिका में द्रव के बढ़ने या घटने की ऊँचाई एच(एम) सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

कहाँ σ - सतह तनाव, एन/एम; ρ- तरल घनत्व, किग्रा/एम3; डी से– केशिका व्यास, मी.

20 0 C पर पानी के लिए, सूत्र (1.19) का रूप लेगा: एच=0, 0298/डी से.

केशिका घटनाएँ प्रकृति (मिट्टी और पौधों में नमी का आदान-प्रदान) और प्रौद्योगिकी (बाती की क्रिया, झरझरा मीडिया द्वारा नमी का अवशोषण, माइक्रोक्रैक का गैर-विनाशकारी परीक्षण, आदि) दोनों में होती हैं। यदि वॉटरप्रूफिंग खराब तरीके से की जाती है तो इस घटना से इमारतों के बेसमेंट और पहली मंजिलों में नमी हो सकती है।

आदर्श तरल

एक आदर्श तरलइसे एक अस्तित्वहीन तरल कहा जाता है जिसमें आंतरिक घर्षण की कोई ताकत नहीं होती है, यह दबाव और तापमान में परिवर्तन के साथ अपनी मात्रा नहीं बदलता है और टूटने का बिल्कुल भी विरोध नहीं करता है। इस प्रकार, एक आदर्श द्रव वास्तविक द्रव का एक सरलीकृत मॉडल है। एक आदर्श द्रव मॉडल का उपयोग हाइड्रोलिक समस्याओं को हल करने के तरीकों को काफी सरल बना सकता है। साथ ही, इस मॉडल का उपयोग किसी वास्तविक तरल पदार्थ की गति के दौरान होने वाली प्रक्रियाओं की एक वस्तुनिष्ठ तस्वीर प्राप्त करने की अनुमति नहीं देता है। इसलिए, गणना में आवश्यक सटीकता प्राप्त करने के लिए, एक आदर्श तरल के परिणामी समीकरणों को सुधार कारकों द्वारा सही किया जाता है।

गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ

गैर न्यूटोनियनतरल पदार्थ वे तरल पदार्थ हैं जो न्यूटन के आंतरिक घर्षण के नियम का पालन नहीं करते हैं (समीकरण 2.13 देखें)। ऐसे तरल पदार्थों में पॉलिमर, सीमेंट, मिट्टी और चूने के मोर्टार, सैप्रोपेल, पेंट, चिपकने वाले पदार्थ, बड़ी मात्रा में अशुद्धियों वाला अपशिष्ट जल आदि शामिल हैं।

ऐसे तरल पदार्थों की गति तब शुरू होती है जब उनमें स्पर्शरेखा तनाव एक निश्चित मूल्य तक पहुँच जाता है। इन वोल्टेज को कहा जाता है प्रारंभिक कतरनी तनाव. गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ में, कतरनी तनाव श्वेदोव-बिंघम सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

, (2.20)

कहाँ τ 0 - प्रारंभिक कतरनी तनाव, पीए; μpl- बिंघम (प्लास्टिक) चिपचिपाहट, Pa∙s।

मान τ 0 और μplप्रत्येक गैर-न्यूटोनियन द्रव के लिए अलग-अलग हैं।

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की संरचना। समाधान की संरचना की विशेषताएं. "प्रतिक्रियाशील क्षेत्र" की अवधारणा
तरल पदार्थों की संरचना का सिद्धांत: गैसों और ठोस पदार्थों की संरचना के साथ तुलना तरल पदार्थों की संरचना (संरचना)। तरल पदार्थों की संरचना वर्तमान में भौतिक रसायनज्ञों द्वारा गहन अध्ययन का विषय है। इस दिशा में अनुसंधान के लिए, सबसे आधुनिक तरीकों का उपयोग किया जाता है, जिसमें वर्णक्रमीय (आईआर, एनएमआर, विभिन्न तरंग दैर्ध्य का प्रकाश प्रकीर्णन), एक्स-रे प्रकीर्णन, क्वांटम मैकेनिकल और सांख्यिकीय गणना विधियां आदि शामिल हैं। तरल पदार्थ का सिद्धांत गैसों की तुलना में बहुत कम विकसित है, क्योंकि तरल पदार्थ के गुण परस्पर निकट स्थित अणुओं की ज्यामिति और ध्रुवता पर निर्भर करते हैं। इसके अलावा, तरल पदार्थों की विशिष्ट संरचना की कमी उनके औपचारिक विवरण को कठिन बना देती है - अधिकांश पाठ्यपुस्तकों में गैसों और क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों की तुलना में तरल पदार्थों के लिए बहुत कम जगह दी जाती है। पदार्थ की तीन समुच्चय अवस्थाओं में से प्रत्येक की विशेषताएं क्या हैं: ठोस, तरल और गैस। (मेज़)
1) ठोस: शरीर आयतन और आकार बरकरार रखता है
2) तरल पदार्थ आयतन बनाए रखते हैं, लेकिन आसानी से आकार बदलते हैं।
3) गैस का न तो आकार होता है और न ही आयतन।

एक ही पदार्थ की ये अवस्थाएँ अणुओं के प्रकार (यह एक ही है) में भिन्न नहीं होती हैं, बल्कि अणुओं के स्थित होने और गति करने के तरीके में भिन्न होती हैं।
1) गैसों में, अणुओं के बीच की दूरी अणुओं के आकार से बहुत अधिक होती है
2) तरल के अणु लंबी दूरी तक नहीं फैलते हैं और सामान्य परिस्थितियों में तरल अपना आयतन बनाए रखता है।
3) ठोस पदार्थों के कण एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित होते हैं। प्रत्येक कण घड़ी के पेंडुलम की तरह क्रिस्टल जाली में एक निश्चित बिंदु के चारों ओर घूमता है, यानी दोलन करता है।
जब तापमान कम हो जाता है, तो तरल पदार्थ जम जाते हैं और जब वे क्वथनांक से ऊपर उठ जाते हैं, तो वे गैसीय अवस्था में बदल जाते हैं। यह तथ्य अकेले ही इंगित करता है कि तरल पदार्थ गैसों और ठोस पदार्थों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति रखते हैं, जो दोनों से भिन्न होता है। हालाँकि, तरल में इनमें से प्रत्येक अवस्था में समानताएँ हैं।
एक ऐसा तापमान होता है जिस पर गैस और तरल के बीच की सीमा पूरी तरह से गायब हो जाती है। यह तथाकथित महत्वपूर्ण बिंदु है. प्रत्येक गैस के लिए एक ज्ञात तापमान होता है जिसके ऊपर वह किसी भी दबाव पर तरल नहीं हो सकती; इस महत्वपूर्ण तापमान पर तरल और उसके संतृप्त वाष्प के बीच की सीमा (मेनिस्कस) गायब हो जाती है। एक महत्वपूर्ण तापमान ("पूर्ण क्वथनांक") का अस्तित्व 1860 में डी.आई. मेंडेलीव द्वारा स्थापित किया गया था। तरल पदार्थ और गैसों को एकजुट करने वाली दूसरी संपत्ति आइसोट्रॉपी है। यानी पहली नजर में यह माना जा सकता है कि तरल पदार्थ क्रिस्टल की तुलना में गैसों के ज्यादा करीब होते हैं। गैसों की तरह, तरल पदार्थ भी आइसोट्रोपिक होते हैं, यानी। उनके गुण सभी दिशाओं में समान हैं। इसके विपरीत, क्रिस्टल अनिसोट्रोपिक होते हैं: अलग-अलग दिशाओं में क्रिस्टल के अपवर्तक सूचकांक, संपीड़ितता, ताकत और कई अन्य गुण अलग-अलग होते हैं। ठोस क्रिस्टलीय पदार्थों में दोहराए जाने वाले तत्वों के साथ एक क्रमबद्ध संरचना होती है, जो उन्हें एक्स-रे विवर्तन (एक्स-रे विवर्तन विधि, 1912 से उपयोग की जाने वाली विधि) द्वारा अध्ययन करने की अनुमति देती है।

तरल पदार्थ और गैसों में क्या समानता है?
ए) आइसोट्रॉपी। गैसों की तरह तरल पदार्थों के गुण सभी दिशाओं में समान होते हैं, अर्थात। क्रिस्टल के विपरीत, आइसोट्रोपिक होते हैं, जो अनिसोट्रोपिक होते हैं।
बी) तरल पदार्थ, गैसों की तरह, एक विशिष्ट आकार नहीं रखते हैं और एक कंटेनर (कम चिपचिपाहट और उच्च तरलता) का आकार लेते हैं।
तरल पदार्थ और गैस दोनों के अणु एक दूसरे से टकराते हुए काफी स्वतंत्र रूप से चलते हैं। पहले, यह माना जाता था कि किसी तरल द्वारा घेरे गए आयतन के भीतर, उनकी त्रिज्याओं के योग से अधिक की दूरी को समान रूप से संभावित माना जाता था, अर्थात। अणुओं की व्यवस्थित व्यवस्था की प्रवृत्ति को नकार दिया गया। इस प्रकार, तरल पदार्थ और गैसें कुछ हद तक क्रिस्टल के विपरीत थे।
जैसे-जैसे शोध आगे बढ़ा, तथ्यों की बढ़ती संख्या ने तरल और ठोस पदार्थों की संरचना के बीच समानता की उपस्थिति का संकेत दिया। उदाहरण के लिए, ताप क्षमता और संपीड़ितता गुणांक के मान, विशेष रूप से पिघलने बिंदु के पास, व्यावहारिक रूप से एक दूसरे के साथ मेल खाते हैं, जबकि तरल और गैस के लिए ये मान तेजी से भिन्न होते हैं।
पहले से ही इस उदाहरण से हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि जमने के तापमान के करीब के तापमान पर तरल पदार्थों में थर्मल गति की तस्वीर ठोस पदार्थों में थर्मल गति से मिलती जुलती है, गैसों में नहीं। इसके साथ ही, पदार्थ की गैसीय और तरल अवस्थाओं के बीच ऐसे महत्वपूर्ण अंतर को भी देखा जा सकता है। गैसों में, अणु पूरे अंतरिक्ष में पूरी तरह से अव्यवस्थित रूप से वितरित होते हैं, अर्थात। उत्तरार्द्ध को संरचनाहीन शिक्षा का उदाहरण माना जाता है। तरल में अभी भी एक निश्चित संरचना है। इसकी प्रयोगात्मक पुष्टि एक्स-रे विवर्तन द्वारा की जाती है, जो कम से कम एक स्पष्ट अधिकतम दिखाता है। किसी तरल पदार्थ की संरचना उसके अणुओं को अंतरिक्ष में वितरित करने का तरीका है। तालिका गैस और तरल अवस्थाओं के बीच समानता और अंतर को दर्शाती है।
गैस चरण तरल चरण
1. अणुओं l के बीच की दूरी आमतौर पर (कम दबाव के लिए) अणु r की त्रिज्या से बहुत बड़ी होती है: l  r ; गैस द्वारा व्याप्त लगभग संपूर्ण आयतन V मुक्त आयतन है। तरल चरण में, इसके विपरीत, एल 2। कणों की औसत गतिज ऊर्जा, 3/2kT के बराबर, उनके अंतर-आणविक संपर्क की संभावित ऊर्जा यू से अधिक है। अणुओं की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा औसत गतिज से अधिक है उनके आंदोलन की ऊर्जा: U3/2 kT
3. कण अपनी स्थानांतरणीय गति के दौरान टकराते हैं, टकराव की आवृत्ति कारक कणों के द्रव्यमान, उनके आकार और तापमान पर निर्भर करता है। प्रत्येक कण अपने आसपास के अणुओं द्वारा बनाए गए पिंजरे में दोलन गति से गुजरता है। कंपन आयाम a मुक्त आयतन, a  (Vf/ L)1/3 पर निर्भर करता है
4. कणों का प्रसार उनकी स्थानांतरीय गति के परिणामस्वरूप होता है, प्रसार गुणांक D  0.1 - 1 सेमी2/सेकंड (p  105 Pa) और गैस के दबाव पर निर्भर करता है
(डी  पी-1) सक्रियण ऊर्जा ईडी के साथ एक कण के एक कोशिका से दूसरी कोशिका में कूदने के परिणामस्वरूप प्रसार होता है,
डी  ई-ईडी/आरटी गैर-चिपचिपा तरल पदार्थ में
डी  0.3 - 3 सेमी2/दिन।
5. कण स्वतंत्र रूप से घूमता है, घूर्णन आवृत्ति r केवल कण की जड़ता के क्षणों और तापमान से निर्धारित होती है, घूर्णन आवृत्ति r T1/2 घूर्णन कोशिका की दीवारों द्वारा बाधित होता है, घूर्णन कण संभावित बाधा एर पर काबू पाने के साथ होता है, जो अंतर-आणविक संपर्क की ताकतों पर निर्भर करता है, वीआर  ई- एर/आरटी
हालाँकि, कई महत्वपूर्ण संकेतकों (क्वासिक्रिस्टलिनिटी) में तरल अवस्था ठोस अवस्था के करीब है। प्रायोगिक तथ्यों के संचय से संकेत मिलता है कि तरल पदार्थ और क्रिस्टल में बहुत कुछ समान है। व्यक्तिगत तरल पदार्थों के भौतिक-रासायनिक अध्ययनों से पता चला है कि उनमें से लगभग सभी में क्रिस्टलीय संरचना के कुछ तत्व होते हैं।
सबसे पहले, तरल में अंतर-आण्विक दूरियां ठोस में अंतर-आणविक दूरियों के करीब होती हैं। यह इस तथ्य से सिद्ध होता है कि जब उत्तरार्द्ध पिघलता है, तो पदार्थ की मात्रा थोड़ी बदल जाती है (आमतौर पर यह 10% से अधिक नहीं बढ़ती है)। दूसरे, तरल और ठोस में अंतर-आणविक संपर्क की ऊर्जा थोड़ी भिन्न होती है। यह इस तथ्य से पता चलता है कि संलयन की ऊष्मा वाष्पीकरण की ऊष्मा से बहुत कम होती है। उदाहरण के लिए, पानी के लिए Hpl = 6 kJ/mol, और Hsp = 45 kJ/mol; बेंजीन के लिए Hpl = 11 kJ/mol, और Hsp = 48 kJ/mol।
तीसरा, किसी पदार्थ की ऊष्मा क्षमता पिघलने के दौरान बहुत कम बदलती है, अर्थात। यह इन दोनों राज्यों के लिए करीब है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि द्रव में कणों की गति की प्रकृति ठोस के समान होती है। चौथा, एक तरल, एक ठोस की तरह, बिना टूटे बड़ी तन्यता ताकतों का सामना कर सकता है।
तरल और ठोस के बीच का अंतर तरलता है: एक ठोस अपना आकार बनाए रखता है, एक तरल एक छोटे से बल के प्रभाव में भी इसे आसानी से बदल देता है। ये गुण तरल की ऐसी संरचनात्मक विशेषताओं से उत्पन्न होते हैं जैसे मजबूत अंतर-आणविक संपर्क, अणुओं की व्यवस्था में कम दूरी का क्रम और अणुओं की अपनी स्थिति को अपेक्षाकृत तेज़ी से बदलने की क्षमता। जब किसी तरल को हिमांक से क्वथनांक तक गर्म किया जाता है, तो गर्म करने के साथ इसके गुण धीरे-धीरे बदलते हैं, गैस के साथ इसकी समानताएं धीरे-धीरे बढ़ती हैं;
हममें से प्रत्येक व्यक्ति ऐसे कई पदार्थों को आसानी से याद कर सकता है जिन्हें वह तरल पदार्थ मानता है। हालाँकि, पदार्थ की इस अवस्था की सटीक परिभाषा देना इतना आसान नहीं है, क्योंकि तरल पदार्थों में ऐसे भौतिक गुण होते हैं कि कुछ मामलों में वे ठोस के समान होते हैं और कुछ में वे गैसों के समान होते हैं। तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों के बीच समानताएं कांच जैसी सामग्रियों में सबसे अधिक स्पष्ट होती हैं। बढ़ते तापमान के साथ ठोस से तरल में उनका संक्रमण धीरे-धीरे होता है, न कि एक स्पष्ट पिघलने बिंदु के रूप में, वे बस नरम और नरम हो जाते हैं, इसलिए यह इंगित करना असंभव है कि किस तापमान सीमा में उन्हें ठोस कहा जाना चाहिए और किस में तरल। हम केवल इतना ही कह सकते हैं कि तरल अवस्था में कांच जैसे पदार्थ की श्यानता ठोस अवस्था की तुलना में कम होती है। इसलिए ठोस ग्लासों को अक्सर अतिशीतलित तरल पदार्थ कहा जाता है। जाहिर है, तरल पदार्थों की सबसे विशिष्ट संपत्ति, जो उन्हें ठोस पदार्थों से अलग करती है, कम चिपचिपापन है, यानी। अधिक टर्नओवर। इसके कारण, वे उस बर्तन का आकार ले लेते हैं जिसमें उन्हें डाला जाता है। आणविक स्तर पर, उच्च तरलता का अर्थ है द्रव कणों की अपेक्षाकृत अधिक स्वतंत्रता। इस संबंध में, तरल पदार्थ गैसों के समान होते हैं, हालांकि तरल पदार्थों के बीच अंतर-आणविक संपर्क की ताकतें अधिक होती हैं, अणु एक-दूसरे के करीब स्थित होते हैं और उनकी गति अधिक सीमित होती है।
इसे अलग-अलग तरीके से देखा जा सकता है - लंबी दूरी और छोटी दूरी के क्रम के विचार के दृष्टिकोण से। क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों में लंबी दूरी का क्रम मौजूद होता है, जिसके परमाणु कड़ाई से क्रमबद्ध तरीके से व्यवस्थित होते हैं, जिससे त्रि-आयामी संरचनाएं बनती हैं जिन्हें यूनिट सेल को कई बार दोहराकर प्राप्त किया जा सकता है। तरल पदार्थ और ग्लास में कोई लंबी दूरी का ऑर्डर नहीं है। हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि उन्हें बिल्कुल भी ऑर्डर नहीं किया गया है। सभी परमाणुओं के निकटतम पड़ोसियों की संख्या लगभग समान है, लेकिन जैसे-जैसे परमाणु किसी चयनित स्थिति से दूर जाते हैं, उनकी व्यवस्था अधिक से अधिक अव्यवस्थित होती जाती है। इस प्रकार, ऑर्डर केवल कम दूरी पर मौजूद होता है, इसलिए नाम: शॉर्ट-रेंज ऑर्डर। किसी द्रव की संरचना का पर्याप्त गणितीय विवरण केवल सांख्यिकीय भौतिकी की सहायता से ही दिया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि किसी तरल में समान गोलाकार अणु होते हैं, तो इसकी संरचना को रेडियल वितरण फ़ंक्शन जी (आर) द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जो संदर्भ बिंदु के रूप में चुने गए दिए गए दूरी आर से किसी भी अणु का पता लगाने की संभावना देता है। इस फ़ंक्शन को प्रयोगात्मक रूप से एक्स-रे या न्यूट्रॉन के विवर्तन का अध्ययन करके पाया जा सकता है, और उच्च गति वाले कंप्यूटरों के आगमन के साथ, अणुओं के बीच कार्य करने वाली ताकतों की प्रकृति पर मौजूदा डेटा के आधार पर, कंप्यूटर सिमुलेशन द्वारा इसकी गणना की जाने लगी, या इन बलों के बारे में धारणाओं के साथ-साथ न्यूटन के यांत्रिकी के नियमों पर भी। सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त रेडियल वितरण कार्यों की तुलना करके, अंतर-आणविक बलों की प्रकृति के बारे में धारणाओं की शुद्धता को सत्यापित करना संभव है।
कार्बनिक पदार्थों में, जिनके अणुओं का आकार लम्बा होता है, एक तापमान सीमा या किसी अन्य में, लंबी दूरी के अभिविन्यास क्रम वाले तरल चरण के क्षेत्र कभी-कभी पाए जाते हैं, जो खुद को लंबे अक्षों के समानांतर संरेखण की प्रवृत्ति में प्रकट करता है। अणु. इस मामले में, ओरिएंटेशनल ऑर्डर के साथ अणुओं के केंद्रों का समन्वय ऑर्डर भी हो सकता है। इस प्रकार के तरल चरणों को आमतौर पर लिक्विड क्रिस्टल कहा जाता है। तरल क्रिस्टलीय अवस्था क्रिस्टलीय और तरल के बीच मध्यवर्ती होती है। लिक्विड क्रिस्टल में तरलता और अनिसोट्रॉपी (ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल, चुंबकीय) दोनों होते हैं। कभी-कभी इस अवस्था को मेसोमोर्फिक (मेसोफ़ेज़) कहा जाता है - लंबी दूरी के क्रम की अनुपस्थिति के कारण। अस्तित्व की ऊपरी सीमा समाशोधन तापमान (आइसोट्रोपिक तरल) है। थर्मोट्रोपिक (मेसोजेनिक) एफए एक निश्चित तापमान से ऊपर मौजूद होते हैं। विशिष्ट साइनोबिफेनिल हैं। लियोट्रोपिक - जब घुल जाता है, उदाहरण के लिए, साबुन, पॉलीपेप्टाइड्स, लिपिड, डीएनए के जलीय घोल। लिक्विड क्रिस्टल का अध्ययन (मेसोफ़ेज़ - दो चरणों में पिघलना - बादल पिघलना, फिर पारदर्शी, अनिसोट्रोपिक ऑप्टिकल गुणों के साथ एक मध्यवर्ती रूप के माध्यम से क्रिस्टलीय चरण से तरल में संक्रमण) प्रौद्योगिकी उद्देश्यों के लिए महत्वपूर्ण है - लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले।
गैस में अणु अव्यवस्थित रूप से (बेतरतीब ढंग से) चलते हैं। गैसों में, परमाणुओं या अणुओं के बीच की दूरी अणुओं के आकार से औसतन कई गुना अधिक होती है। गैस में अणु उच्च गति (सैकड़ों मी/से) पर चलते हैं। जब वे टकराते हैं, तो बिल्कुल लोचदार गेंदों की तरह एक-दूसरे से उछलते हैं, जिससे वेग का परिमाण और दिशा बदल जाती है। अणुओं के बीच बड़ी दूरी पर, आकर्षक बल छोटे होते हैं और गैस अणुओं को एक दूसरे के पास रखने में सक्षम नहीं होते हैं। इसलिए, गैसें बिना किसी सीमा के फैल सकती हैं। गैसें आसानी से संकुचित हो जाती हैं, अणुओं के बीच की औसत दूरी कम हो जाती है, लेकिन फिर भी वे अपने आकार से बड़ी रहती हैं। गैसें न तो आकार रखती हैं और न ही आयतन; उनका आयतन और आकार उनके द्वारा भरे गए बर्तन के आयतन और आकार से मेल खाता है। बर्तन की दीवारों पर अणुओं के कई प्रभाव गैस का दबाव बनाते हैं।
ठोस पदार्थों के परमाणु और अणु कुछ संतुलन स्थितियों के आसपास कंपन करते हैं। इसलिए, ठोस आयतन और आकार दोनों बनाए रखते हैं। यदि आप मानसिक रूप से किसी ठोस के परमाणुओं या आयनों की संतुलन स्थिति के केंद्रों को जोड़ते हैं, तो आपको एक क्रिस्टल जाली मिलेगी।
द्रव के अणु लगभग एक दूसरे के निकट स्थित होते हैं। इसलिए, तरल पदार्थों को संपीड़ित करना और उनकी मात्रा बनाए रखना बहुत मुश्किल होता है। किसी तरल पदार्थ के अणु एक संतुलन स्थिति के आसपास कंपन करते हैं। समय-समय पर, एक अणु एक स्थिर अवस्था से दूसरी स्थिर अवस्था में संक्रमण करता है, आमतौर पर बाहरी बल की कार्रवाई की दिशा में। किसी अणु की स्थिर अवस्था का समय कम होता है और बढ़ते तापमान के साथ घटता जाता है, और अणु की नई स्थिर अवस्था में संक्रमण का समय और भी कम होता है। इसलिए, तरल पदार्थ तरल होते हैं, अपना आकार बरकरार नहीं रखते और जिस बर्तन में उन्हें डाला जाता है उसी का आकार ले लेते हैं।

तरल पदार्थों का गतिज सिद्धांत या. आई. फ्रेंकेल द्वारा विकसित, तरल पदार्थों का गतिज सिद्धांत एक तरल को कणों की एक गतिशील प्रणाली के रूप में मानता है, जो आंशिक रूप से एक क्रिस्टलीय अवस्था की याद दिलाती है। पिघलने बिंदु के करीब तापमान पर, तरल में थर्मल गति मुख्य रूप से कुछ औसत संतुलन स्थितियों के आसपास कणों के हार्मोनिक कंपन के कारण कम हो जाती है। क्रिस्टलीय अवस्था के विपरीत, तरल में अणुओं की ये संतुलन स्थिति प्रत्येक अणु के लिए प्रकृति में अस्थायी होती है। कुछ समय तक एक संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करने के बाद, अणु पास में स्थित एक नई स्थिति में चला जाता है। ऐसी छलांग ऊर्जा यू के व्यय के साथ होती है, इसलिए "स्थिर जीवन" समय टी इस प्रकार तापमान पर निर्भर करता है: टी = टी0 ईयू/आरटी, जहां टी0 संतुलन स्थिति के आसपास एक दोलन की अवधि है। कमरे के तापमान पर पानी के लिए t »10-10 s, t0 = 1.4 x 10-12 s, यानी एक अणु, लगभग 100 कंपन पूरा करने के बाद, एक नई स्थिति में चला जाता है, जहां वह दोलन करता रहता है। एक्स-रे और न्यूट्रॉन के प्रकीर्णन पर डेटा से, केंद्र के रूप में चुने गए एक कण से दूरी r के आधार पर कण वितरण घनत्व फ़ंक्शन  की गणना करना संभव है। क्रिस्टलीय ठोस में लंबी दूरी के क्रम की उपस्थिति में, फ़ंक्शन (r) में स्पष्ट मैक्सिमा और मिनिमा की संख्या होती है। किसी द्रव में कणों की उच्च गतिशीलता के कारण केवल अल्प-सीमा क्रम ही कायम रहता है। यह तरल पदार्थों के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न से स्पष्ट रूप से अनुसरण करता है: तरल के लिए फ़ंक्शन (r) में एक स्पष्ट पहला अधिकतम होता है, एक धुंधला दूसरा, और फिर (r) = स्थिरांक होता है। गतिज सिद्धांत पिघलने का वर्णन इस प्रकार करता है। किसी ठोस के क्रिस्टल जाली में हमेशा थोड़ी मात्रा में रिक्त स्थान (छेद) होते हैं जो धीरे-धीरे क्रिस्टल के चारों ओर घूमते रहते हैं। तापमान गलनांक के जितना करीब होगा, "छिद्रों" की सांद्रता उतनी ही अधिक होगी, और वे नमूने के माध्यम से तेजी से आगे बढ़ेंगे। पिघलने बिंदु पर, "छिद्रों" के निर्माण की प्रक्रिया एक हिमस्खलन जैसी सहकारी प्रकृति प्राप्त कर लेती है, कणों की प्रणाली गतिशील हो जाती है, लंबी दूरी का क्रम गायब हो जाता है और तरलता प्रकट होती है। पिघलने में निर्णायक भूमिका तरल में मुक्त मात्रा के गठन द्वारा निभाई जाती है, जो सिस्टम को तरल बनाती है। तरल और ठोस क्रिस्टलीय पिंड के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर यह है कि तरल में एक मुक्त मात्रा होती है, जिसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा उतार-चढ़ाव ("छेद") के रूप में होता है, जिसका तरल के माध्यम से भटकना इसे ऐसा बनाता है तरलता के रूप में विशेषता गुणवत्ता। ऐसे "छिद्रों" की संख्या, उनकी मात्रा और गतिशीलता तापमान पर निर्भर करती है। कम तापमान पर, एक तरल, यदि यह क्रिस्टलीय पिंड में नहीं बदला है, तो "छिद्रों" की मात्रा और गतिशीलता में कमी के कारण बहुत कम तरलता वाला एक अनाकार ठोस बन जाता है। गतिज सिद्धांत के साथ-साथ, तरल पदार्थों का सांख्यिकीय सिद्धांत भी हाल के दशकों में सफलतापूर्वक विकसित हो रहा है।

बर्फ और पानी की संरचना. सामान्य परिस्थितियों में सबसे महत्वपूर्ण और आम तरल पानी है। यह पृथ्वी पर सबसे आम अणु है! यह एक उत्कृष्ट विलायक है. उदाहरण के लिए, सभी जैविक तरल पदार्थों में पानी होता है। पानी कई अकार्बनिक (लवण, अम्ल, क्षार) और कार्बनिक पदार्थ (अल्कोहल, शर्करा, कार्बोक्जिलिक एसिड, एमाइन) को घोलता है। इस द्रव की संरचना क्या है? हमें फिर से उस मुद्दे पर लौटना होगा जिस पर हमने पहले व्याख्यान में विचार किया था, अर्थात् हाइड्रोजन बांड जैसे विशिष्ट अंतर-आणविक संपर्क पर। पानी, तरल और क्रिस्टलीय दोनों रूपों में, कई हाइड्रोजन बांडों की उपस्थिति के कारण असामान्य गुण प्रदर्शित करता है। ये असंगत गुण क्या हैं: उच्च क्वथनांक, उच्च गलनांक और उच्च वाष्पीकरण एन्थैल्पी। आइए पहले ग्राफ़ को देखें, फिर टेबल को देखें, और फिर दो पानी के अणुओं के बीच हाइड्रोजन बंधन के आरेख को देखें। वास्तव में, प्रत्येक पानी का अणु अपने चारों ओर 4 अन्य पानी के अणुओं का समन्वय करता है: दो ऑक्सीजन के कारण, दो अकेले इलेक्ट्रॉन जोड़े के दाता के रूप में दो प्रोटोनेटेड हाइड्रोजन के लिए, और दो प्रोटोनेटेड हाइड्रोजन के कारण, अन्य पानी के अणुओं के ऑक्सीजन के साथ समन्वयित होते हैं। पिछले व्याख्यान में, मैंने आपको अवधि के आधार पर समूह VI हाइड्राइड के गलनांक, क्वथनांक और वाष्पीकरण की एन्थैल्पी के ग्राफ के साथ एक स्लाइड दिखाई थी। इन निर्भरताओं में ऑक्सीजन हाइड्राइड के लिए एक स्पष्ट विसंगति है। पानी के लिए ये सभी पैरामीटर सल्फर, सेलेनियम और टेल्यूरियम के निम्नलिखित हाइड्राइड के लिए लगभग रैखिक निर्भरता से अनुमानित की तुलना में काफी अधिक हैं। हमने इसे प्रोटोनेटेड हाइड्रोजन और इलेक्ट्रॉन घनत्व स्वीकर्ता - ऑक्सीजन के बीच हाइड्रोजन बंधन के अस्तित्व से समझाया। वाइब्रेशनल इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके हाइड्रोजन बॉन्डिंग का सबसे सफलतापूर्वक अध्ययन किया गया है। मुक्त ओएच समूह में एक विशिष्ट कंपन ऊर्जा होती है जो ओ-एच बंधन को बारी-बारी से लंबा और छोटा करने का कारण बनती है, जिससे अणु के अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रम में एक विशेषता बैंड को जन्म मिलता है। हालाँकि, यदि OH समूह हाइड्रोजन बंधन में शामिल है, तो हाइड्रोजन परमाणु दोनों तरफ के परमाणुओं से बंध जाता है और इस प्रकार इसका कंपन "नम" हो जाता है और आवृत्ति कम हो जाती है। निम्नलिखित तालिका से पता चलता है कि हाइड्रोजन बांड की ताकत और "एकाग्रता" बढ़ने से अवशोषण आवृत्ति में कमी आती है। उपरोक्त चित्र में, वक्र 1 बर्फ में ओ-एच समूहों के अधिकतम अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाता है (जहां सभी एच-बॉन्ड जुड़े हुए हैं); वक्र 2 सीसीएल4 में घुले व्यक्तिगत एच2ओ अणुओं के ओ-एच समूहों के अधिकतम अवरक्त अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाता है (जहां कोई एच बांड नहीं हैं - सीसीएल4 में एच2ओ का समाधान बहुत पतला है); और वक्र 3 तरल पानी के अवशोषण स्पेक्ट्रम से मेल खाता है। यदि तरल पानी में दो प्रकार के ओ-एच समूह होते - वे जो हाइड्रोजन बांड बनाते हैं और वे जो नहीं बनाते हैं - और पानी में कुछ ओ-एच समूह बर्फ की तरह ही (समान आवृत्ति के साथ) कंपन करते (जहां वे एच- बनाते हैं) बांड), और अन्य - जैसे कि CCl4 के वातावरण में (जहां वे एच-बॉन्ड नहीं बनाते हैं)। तब पानी के स्पेक्ट्रम में दो मैक्सिमा होंगे, जो ओ-एच समूहों की दो अवस्थाओं के अनुरूप होंगे, उनकी दो विशिष्ट कंपन आवृत्तियाँ होंगी: जिस आवृत्ति पर समूह कंपन करता है, वह प्रकाश को अवशोषित करता है। लेकिन "दो-अधिकतम" चित्र नहीं देखा गया है! इसके बजाय, वक्र 3 पर हम एक, बहुत धुंधला अधिकतम देखते हैं, जो वक्र 1 के अधिकतम से वक्र 2 के अधिकतम तक फैला हुआ है। इसका मतलब है कि तरल पानी में सभी ओ-एच समूह हाइड्रोजन बांड बनाते हैं - लेकिन इन सभी बांडों की एक अलग ऊर्जा होती है, " ढीला” (अलग-अलग ऊर्जा है), और अलग-अलग तरीकों से। इससे पता चलता है कि वह तस्वीर जिसमें पानी में कुछ हाइड्रोजन बंधन टूट गए हैं और कुछ संरक्षित हैं, सच कहें तो गलत है। हालाँकि, पानी के थर्मोडायनामिक गुणों का वर्णन करने के लिए यह इतना सरल और सुविधाजनक है कि इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है - और हम इसकी ओर भी रुख करेंगे। लेकिन हमें यह ध्यान रखना चाहिए कि यह पूरी तरह सटीक नहीं है।
इस प्रकार, आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी हाइड्रोजन बॉन्डिंग का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली विधि है, और इस वर्णक्रमीय विधि का उपयोग करके इससे जुड़े तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों की संरचना के बारे में बहुत सारी जानकारी प्राप्त की गई है। परिणामस्वरूप, तरल पानी के लिए बर्फ जैसा मॉडल (ओ.या. समोइलोव का मॉडल) सबसे आम तौर पर स्वीकृत मॉडलों में से एक है। इस मॉडल के अनुसार, तरल पानी में एक बर्फ जैसा टेट्राहेड्रल ढांचा होता है जो थर्मल गति (थर्मल गति का प्रमाण और परिणाम - ब्राउनियन गति, जिसे पहली बार 1827 में अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन ने माइक्रोस्कोप के तहत पराग पर देखा था) से परेशान होता है (प्रत्येक पानी बर्फ के क्रिस्टल में अणु बर्फ की तुलना में कम ऊर्जा वाले हाइड्रोजन बांड से जुड़ा होता है - आसपास के चार पानी के अणुओं के साथ "ढीले" हाइड्रोजन बांड), इस फ्रेम के रिक्त स्थान आंशिक रूप से पानी के अणुओं से भरे होते हैं, और पानी के अणु स्थित होते हैं रिक्तियों में और बर्फ जैसे फ्रेम के नोड्स में ऊर्जावान रूप से असमान हैं।

पानी के विपरीत, बर्फ के क्रिस्टल में, क्रिस्टल जाली के नोड्स पर समान ऊर्जा के पानी के अणु होते हैं और वे केवल कंपन संबंधी गतिविधियां कर सकते हैं। ऐसे क्रिस्टल में छोटी और लंबी दूरी दोनों प्रकार के क्रम होते हैं। तरल पानी में (ध्रुवीय तरल के लिए), क्रिस्टल संरचना के कुछ तत्व संरक्षित होते हैं (और गैस चरण में भी, तरल अणुओं को छोटे, अस्थिर समूहों में व्यवस्थित किया जाता है), लेकिन कोई लंबी दूरी का क्रम नहीं होता है। इस प्रकार, एक तरल की संरचना छोटी दूरी के क्रम की उपस्थिति में गैस की संरचना से भिन्न होती है, लेकिन लंबी दूरी के क्रम की अनुपस्थिति में क्रिस्टल की संरचना से भिन्न होती है। यह एक्स-रे प्रकीर्णन के अध्ययन से सबसे अधिक स्पष्ट रूप से प्रदर्शित होता है। तरल पानी में प्रत्येक अणु के तीन पड़ोसी एक परत में स्थित हैं और पड़ोसी परत से चौथे अणु (0.276 एनएम) की तुलना में इससे अधिक दूरी (0.294 एनएम) पर हैं। बर्फ जैसे ढांचे में प्रत्येक पानी का अणु एक दर्पण-सममित (मजबूत) और तीन केंद्रीय सममित (कम मजबूत) बंधन बनाता है। पहला किसी दी गई परत और पड़ोसी परतों के पानी के अणुओं के बीच के बंधन को संदर्भित करता है, बाकी - उसी परत के पानी के अणुओं के बीच के बंधन को। इसलिए, सभी कनेक्शनों में से एक चौथाई दर्पण-सममित हैं, और तीन-चौथाई केंद्रीय रूप से सममित हैं। पानी के अणुओं के चतुष्फलकीय वातावरण के बारे में विचारों से यह निष्कर्ष निकला है कि इसकी संरचना अत्यधिक नाजुक है और इसमें रिक्त स्थान की उपस्थिति है, जिसके आयाम पानी के अणुओं के आयामों के बराबर या उससे अधिक हैं।

तरल जल की संरचना के तत्व. ए - प्राथमिक जल टेट्राहेड्रोन (खुले वृत्त - ऑक्सीजन परमाणु, काले हिस्से - हाइड्रोजन बांड पर प्रोटॉन की संभावित स्थिति); बी - टेट्राहेड्रा की दर्पण-सममित व्यवस्था; सी - केंद्रीय सममितीय व्यवस्था; डी - साधारण बर्फ की संरचना में ऑक्सीजन केंद्रों का स्थान। पानी में हाइड्रोजन बांड के कारण अंतर-आणविक संपर्क की महत्वपूर्ण ताकतें होती हैं, जो एक स्थानिक नेटवर्क बनाती हैं। जैसा कि हमने पिछले व्याख्यान में कहा था, हाइड्रोजन बंधन एक विद्युत ऋणात्मक तत्व से जुड़े हाइड्रोजन परमाणु की दूसरे अणु के विद्युत ऋणात्मक परमाणु के साथ एक अतिरिक्त बंधन बनाने की क्षमता के कारण होता है। हाइड्रोजन बंधन अपेक्षाकृत मजबूत है और प्रति मोल कई 20-30 किलोजूल की मात्रा है। ताकत के संदर्भ में, यह वैन डेर वाल्स ऊर्जा और एक विशिष्ट आयनिक बंधन की ऊर्जा के बीच एक मध्यवर्ती स्थान रखता है। पानी के एक अणु में, H-O रासायनिक बंधन की ऊर्जा 456 kJ/mol है, और H…O हाइड्रोजन बंधन की ऊर्जा 21 kJ/mol है।

हाइड्रोजन यौगिक
आणविक भार तापमान,  C
जम कर उबलना
एच2टीई 130 -51 -4
एच2एसई 81 -64 -42
एच2एस 34 -82 -61
H2O 18 0! +100!

बर्फ की संरचना. सामान्य बर्फ. बिंदीदार रेखा - एच-बांड। बर्फ की खुली संरचना में H2O अणुओं से घिरी छोटी-छोटी गुहाएँ दिखाई देती हैं।
इस प्रकार, बर्फ की संरचना पानी के अणुओं की एक ओपनवर्क संरचना है जो केवल हाइड्रोजन बांड द्वारा एक दूसरे से जुड़ी होती है। बर्फ की संरचना में पानी के अणुओं की व्यवस्था संरचना में विस्तृत चैनलों की उपस्थिति निर्धारित करती है। जैसे ही बर्फ पिघलती है, पानी के अणु इन चैनलों में "गिरते" हैं, जो बर्फ के घनत्व की तुलना में पानी के घनत्व में वृद्धि की व्याख्या करता है। बर्फ के क्रिस्टल नियमित हेक्सागोनल प्लेटों, सारणीबद्ध संरचनाओं और जटिल आकृतियों के अंतरवृद्धि के रूप में होते हैं। सामान्य बर्फ की संरचना हाइड्रोजन एच बांड द्वारा निर्धारित होती है: यह इन बांडों की ज्यामिति के लिए अच्छा है (ओ-एच सीधे ओ पर होता है), लेकिन एच 2 ओ अणुओं के तंग वेंडर वाल्स संपर्क के लिए इतना अच्छा नहीं है। इसलिए, बर्फ की संरचना ओपनवर्क है, इसमें H2O अणु सूक्ष्म (आकार में H2O अणु से छोटे) छिद्रों को ढंकते हैं। बर्फ की लसीली संरचना दो प्रसिद्ध प्रभावों की ओर ले जाती है: (1) बर्फ पानी की तुलना में कम घनी होती है, यह उसमें तैरती है; और (2) मजबूत दबाव में - उदाहरण के लिए, स्केट का ब्लेड बर्फ को पिघला देता है। बर्फ में मौजूद अधिकांश हाइड्रोजन बांड तरल पानी में भी संरक्षित रहते हैं। यह पानी के उबलने की गर्मी (0°C पर 600 कैलोरी/ग्राम) की तुलना में बर्फ के पिघलने की कम गर्मी (80 कैलोरी/ग्राम) से उत्पन्न होता है। कोई कह सकता है कि तरल पानी में बर्फ में मौजूद एच-बॉन्ड का केवल 80/(600+80) = 12% टूट जाता है। हालाँकि, यह तस्वीर - कि पानी में कुछ हाइड्रोजन बंधन टूट गए हैं, और कुछ संरक्षित हैं - पूरी तरह से सटीक नहीं है: बल्कि, पानी में सभी हाइड्रोजन बंधन ढीले होते जा रहे हैं। यह निम्नलिखित प्रयोगात्मक डेटा द्वारा अच्छी तरह से चित्रित किया गया है।

समाधान की संरचना. पानी के विशिष्ट उदाहरणों से, आइए अन्य तरल पदार्थों की ओर बढ़ते हैं। विभिन्न तरल पदार्थ अपने अणुओं के आकार और अंतर-आणविक अंतःक्रिया की प्रकृति में एक-दूसरे से भिन्न होते हैं। इस प्रकार, प्रत्येक विशिष्ट तरल में एक निश्चित छद्मक्रिस्टलाइन संरचना होती है, जो कम दूरी के क्रम की विशेषता होती है और, कुछ हद तक, तरल के जमने और ठोस में बदलने पर प्राप्त संरचना की याद दिलाती है। जब कोई अन्य पदार्थ घुल जाता है, अर्थात। जब एक समाधान बनता है, तो अंतर-आणविक अंतःक्रिया की प्रकृति बदल जाती है और शुद्ध विलायक की तुलना में कणों की एक अलग व्यवस्था के साथ एक नई संरचना दिखाई देती है। यह संरचना समाधान की संरचना पर निर्भर करती है और प्रत्येक विशिष्ट समाधान के लिए विशिष्ट होती है। तरल समाधानों का निर्माण आम तौर पर एक सॉल्वेशन प्रक्रिया के साथ होता है, अर्थात। अंतरआण्विक बलों की क्रिया के कारण विलेय अणुओं के चारों ओर विलायक अणुओं का संरेखण। छोटी दूरी और लंबी दूरी की सॉल्वेशन हैं, यानी। प्राथमिक और द्वितीयक विलायक कोश विलेय के अणुओं (कणों) के चारों ओर बनते हैं। प्राथमिक विलायक कोश में, विलायक के अणु निकट निकटता में होते हैं, जो विलेय अणुओं के साथ मिलकर गति करते हैं। प्राथमिक विलायक कोश में स्थित विलायक अणुओं की संख्या को विलायक समन्वय संख्या कहा जाता है, जो विलायक की प्रकृति और विलेय की प्रकृति दोनों पर निर्भर करती है। द्वितीयक सॉल्वेशन शेल में विलायक के अणु शामिल होते हैं जो काफी अधिक दूरी पर स्थित होते हैं और प्राथमिक सॉल्वेशन शेल के साथ बातचीत के कारण समाधान में होने वाली प्रक्रियाओं को प्रभावित करते हैं।
सॉल्वेट्स की स्थिरता पर विचार करते समय, गतिज और थर्मोडायनामिक स्थिरता के बीच अंतर किया जाता है।
जलीय घोल में, गतिज जलयोजन (ओ.या. समोइलोव) की मात्रात्मक विशेषताएं i/ और Ei=Ei-E के मान हैं, जहां i और  संतुलन में पानी के अणुओं का औसत निवास समय हैं आई-वें आयन के पास और शुद्ध पानी में स्थिति, और ईआई और ई विनिमय की सक्रियण ऊर्जा और पानी में स्व-प्रसार प्रक्रिया की सक्रियण ऊर्जा हैं। ये मात्राएँ एक दूसरे से अनुमानित संबंध से संबंधित हैं:
i/  exp(Ei/RT) इस मामले में,
यदि EI  0, i/  1 (आयन के निकटतम पानी के अणुओं का आदान-प्रदान शुद्ध पानी में अणुओं के बीच आदान-प्रदान की तुलना में कम बार (धीमा) होता है) - सकारात्मक जलयोजन
यदि EI  0, i/  1 (आयन के निकटतम पानी के अणुओं का आदान-प्रदान शुद्ध पानी में अणुओं के बीच आदान-प्रदान की तुलना में अधिक बार (तेजी से) होता है) - नकारात्मक जलयोजन

तो, लिथियम आयन के लिए EI = 1.7 kJ/mol, और सीज़ियम आयन के लिए Ei= - 1.4 kJ/mol, यानी। एक छोटा "कठोर" लिथियम आयन समान चार्ज वाले बड़े और "फैला हुआ" सीज़ियम आयन की तुलना में पानी के अणुओं को अधिक मजबूती से पकड़ता है। परिणामी सॉल्वेट्स की थर्मोडायनामिक स्थिरता सॉल्वेशन (solvG) = (solvH) - T(solvS) के दौरान गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन से निर्धारित होती है। यह मान जितना अधिक नकारात्मक होगा, सॉल्वेट उतना ही अधिक स्थिर होगा। यह मुख्य रूप से सॉल्वेशन की एन्थैल्पी के नकारात्मक मूल्यों से निर्धारित होता है।
समाधान की अवधारणा और समाधान के सिद्धांत। जब दो या दो से अधिक पदार्थ संपर्क में आते हैं, तो एक प्रकार के कणों के बीच के बंधनों के नष्ट होने और दूसरे प्रकार के बंधनों के बनने और प्रसार के कारण पूरे आयतन में पदार्थ के वितरण के कारण वास्तविक समाधान अनायास प्राप्त हो जाते हैं। उनके गुणों के अनुसार समाधानों को आदर्श और वास्तविक, इलेक्ट्रोलाइट्स और गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान, पतला और केंद्रित, असंतृप्त, संतृप्त और सुपरसैचुरेटेड में विभाजित किया गया है। चूहों के गुण आईएमएफ की प्रकृति और परिमाण पर निर्भर करते हैं। ये अंतःक्रियाएँ भौतिक प्रकृति (वैन डेर वाल्स बल) और जटिल भौतिक-रासायनिक प्रकृति (हाइड्रोजन बंधन, आयन-आणविक, चार्ज ट्रांसफर कॉम्प्लेक्स, आदि) की हो सकती हैं। समाधान निर्माण की प्रक्रिया परस्पर क्रिया करने वाले कणों के बीच आकर्षक और प्रतिकारक बलों की एक साथ अभिव्यक्ति की विशेषता है। प्रतिकारक बलों की अनुपस्थिति में, कण विलीन हो जाएंगे (एक साथ चिपक जाएंगे) और आकर्षक बलों की अनुपस्थिति में तरल पदार्थ अनिश्चित काल तक संपीड़ित हो सकते हैं, तरल पदार्थ या ठोस प्राप्त नहीं किया जा सकता है; पिछले व्याख्यान में हमने समाधानों के भौतिक और रासायनिक सिद्धांतों पर गौर किया था।
हालाँकि, समाधानों के एकीकृत सिद्धांत का निर्माण महत्वपूर्ण कठिनाइयों का सामना करता है और वर्तमान में यह अभी तक नहीं बनाया गया है, हालाँकि क्वांटम यांत्रिकी, सांख्यिकीय थर्मोडायनामिक्स और भौतिकी, क्रिस्टल रसायन विज्ञान, एक्स-रे विवर्तन के सबसे आधुनिक तरीकों का उपयोग करके अनुसंधान किया जा रहा है। विश्लेषण, ऑप्टिकल तरीके और एनएमआर तरीके। प्रतिक्रियाशील क्षेत्र. अंतर-आणविक संपर्क की शक्तियों पर अपने विचार को जारी रखते हुए, आइए हम "प्रतिक्रियाशील क्षेत्र" की अवधारणा पर विचार करें, जो संघनित पदार्थ और वास्तविक गैसों की संरचना और संरचना को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से तरल अवस्था और इसलिए संपूर्ण भौतिक रसायन विज्ञान तरल घोल का.
प्रतिक्रियाशील क्षेत्र ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय अणुओं के मिश्रण में होता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन और नैफ्थेनिक एसिड के मिश्रण के लिए। ध्रुवीय अणु एक निश्चित समरूपता के क्षेत्र को प्रभावित करते हैं (क्षेत्र की समरूपता रिक्त आणविक कक्षाओं की समरूपता द्वारा निर्धारित होती है) और गैर-ध्रुवीय अणुओं पर तीव्रता एच। उत्तरार्द्ध चार्ज पृथक्करण के कारण ध्रुवीकृत होते हैं, जिससे द्विध्रुव की उपस्थिति (प्रेरण) होती है। प्रेरित द्विध्रुव वाला एक अणु, बदले में, एक ध्रुवीय अणु को प्रभावित करता है, उसके विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बदलता है, अर्थात। एक प्रतिक्रियाशील (प्रतिक्रिया) क्षेत्र को उत्तेजित करता है। प्रतिक्रियाशील क्षेत्र के उद्भव से कणों की अंतःक्रिया ऊर्जा में वृद्धि होती है, जो ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय अणुओं के मिश्रण में ध्रुवीय अणुओं के मजबूत विलायक कोशों के निर्माण में व्यक्त होती है।
प्रतिक्रियाशील क्षेत्र ऊर्जा की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है: जहां:
चिन्ह "-" - अणुओं के आकर्षण को निर्धारित करता है
S - स्थैतिक विद्युत पारगम्यता
अनंत - अणुओं की इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु ध्रुवीकरण क्षमता के कारण ढांकता हुआ स्थिरांक
NA - अवोगाद्रो की संख्या
वीएम - एक आइसोट्रोपिक तरल में एक ध्रुवीय पदार्थ के 1 मोल द्वारा व्याप्त मात्रा v = द्विध्रुव क्षण
ईआर - घोल में 1 मोल ध्रुवीय पदार्थ की ऊर्जा
"प्रतिक्रियाशील क्षेत्र" अवधारणा हमें शुद्ध तरल पदार्थों और समाधानों की संरचना को बेहतर ढंग से समझने की अनुमति देगी। प्रतिक्रियाशील क्षेत्र के अध्ययन के लिए क्वांटम रासायनिक दृष्टिकोण एम. वी. बाज़िलेव्स्की और उनके सहयोगियों के नाम पर भौतिकी और रसायन विज्ञान के वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थान में विकसित किया गया था। एल. हां. कार्पोवा इस प्रकार, तरल अवस्था की समस्या अपने युवा शोधकर्ताओं की प्रतीक्षा कर रही है। कार्ड आपके हाथ में हैं.

यह ज्ञात है कि किसी व्यक्ति को घेरने वाली हर चीज, जिसमें वह भी शामिल है, पदार्थों से बना एक शरीर है। वे, बदले में, अणुओं से निर्मित होते हैं, बाद वाले परमाणुओं से, और ये और भी छोटी संरचनाओं से निर्मित होते हैं। हालाँकि, आसपास की विविधता इतनी अधिक है कि किसी भी समानता की कल्पना करना भी मुश्किल है। यह सच है। लाखों यौगिक हैं, उनमें से प्रत्येक अपने गुण, संरचना और भूमिका में अद्वितीय है। कुल मिलाकर, कई चरण अवस्थाएँ प्रतिष्ठित हैं, जिसके अनुसार सभी पदार्थों को सहसंबद्ध किया जा सकता है।

पदार्थों की समग्र अवस्थाएँ

कनेक्शन की समग्र स्थिति के चार प्रकार नामित किए जा सकते हैं।

1. गैसें।
2. ठोस.
3. तरल पदार्थ.
4. प्लाज्मा अत्यधिक दुर्लभ आयनित गैस है।

इस लेख में हम तरल पदार्थों के गुणों, उनकी संरचना की विशेषताओं और संभावित प्रदर्शन मापदंडों पर विचार करेंगे।

तरल निकायों का वर्गीकरण

यह विभाजन तरल पदार्थों के गुणों, उनकी संरचना और रासायनिक संरचना के साथ-साथ यौगिक बनाने वाले कणों के बीच परस्पर क्रिया के प्रकार पर आधारित है।

1. ये ऐसे तरल पदार्थ हैं जिनमें वैन डेर वाल्स बलों द्वारा एक साथ बंधे परमाणुओं का मिश्रण होता है। उदाहरणों में तरल गैसें (आर्गन, मीथेन और अन्य) शामिल हैं।
2. ऐसे पदार्थ जिनमें दो समान परमाणु होते हैं। उदाहरण: तरलीकृत रूप में गैसें - हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और अन्य।
3. - बुध।
4. ध्रुवीय सहसंयोजक बंधों से जुड़े तत्वों से युक्त पदार्थ। उदाहरण: हाइड्रोजन क्लोराइड, हाइड्रोजन आयोडाइड, हाइड्रोजन सल्फाइड और अन्य।
5. ऐसे यौगिक जिनमें हाइड्रोजन बंध होते हैं। उदाहरण: घोल में पानी, अल्कोहल, अमोनिया।

इसकी विशेष संरचनाएँ भी हैं - जैसे गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ, जिनमें विशेष गुण होते हैं।

हम तरल के मूल गुणों पर विचार करेंगे जो इसे एकत्रीकरण की अन्य सभी अवस्थाओं से अलग करते हैं। सबसे पहले, इन्हें आमतौर पर भौतिक कहा जाता है।

तरल पदार्थों के गुण: आकार और आयतन

कुल मिलाकर, हम लगभग 15 विशेषताओं को अलग कर सकते हैं जो हमें यह वर्णन करने की अनुमति देती हैं कि प्रश्न में पदार्थ क्या हैं और उनका मूल्य और विशेषताएं क्या हैं।

एकत्रीकरण की इस स्थिति का उल्लेख करते समय सबसे पहले जो तरल पदार्थ दिमाग में आते हैं, वे हैं आकार बदलने और एक निश्चित मात्रा घेरने की क्षमता। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि हम तरल पदार्थों के रूप के बारे में बात करते हैं, तो आमतौर पर इसे अनुपस्थित मानने की प्रथा है। हालाँकि, ऐसा नहीं है.

एक प्रसिद्ध बूंद के प्रभाव में, पदार्थ कुछ विरूपण से गुजरते हैं, इसलिए उनका आकार बाधित हो जाता है और अनिश्चित हो जाता है। हालाँकि, यदि आप ऐसी स्थिति में एक बूंद डालते हैं जहां गुरुत्वाकर्षण कार्य नहीं करता है या बहुत सीमित है, तो यह एक गेंद का आदर्श आकार ले लेगा। इस प्रकार, कार्य प्राप्त करने के बाद: "तरल पदार्थों के गुणों का नाम बताएं", एक व्यक्ति जो खुद को भौतिकी में पर्याप्त रूप से जानकार मानता है, उसे इस तथ्य का उल्लेख करना चाहिए।

जहाँ तक आयतन का सवाल है, गैसों और तरल पदार्थों के सामान्य गुणों पर ध्यान दिया जाना चाहिए। दोनों उस स्थान की पूरी मात्रा पर कब्जा करने में सक्षम हैं जिसमें वे स्थित हैं, केवल जहाज की दीवारों तक ही सीमित हैं।

श्यानता

तरल पदार्थों के भौतिक गुण बहुत विविध हैं। लेकिन जो अद्वितीय है वह चिपचिपाहट है। यह क्या है और इसका निर्धारण कैसे किया जाता है? मुख्य पैरामीटर जिन पर विचाराधीन मूल्य निर्भर करता है वे हैं:

• अपरूपण तनाव;
• आंदोलन की गति ढाल.

इन मात्राओं की निर्भरता रैखिक है। इसे सरल शब्दों में समझाने के लिए, चिपचिपाहट, मात्रा की तरह, तरल पदार्थ और गैसों के गुण हैं जो उनके लिए सामान्य हैं और बाहरी ताकतों की परवाह किए बिना असीमित गति का संकेत देते हैं। अर्थात्, यदि किसी बर्तन से पानी बहता है, तो वह किसी भी प्रभाव (गुरुत्वाकर्षण, घर्षण और अन्य मापदंडों) के तहत ऐसा करना जारी रखेगा।

यह गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों के विपरीत है, जिनमें अधिक चिपचिपाहट होती है और वे अपनी गति के पीछे छेद छोड़ सकते हैं जो समय के साथ भर जाते हैं।

यह सूचक किस पर निर्भर करेगा?

1. तापमान से.बढ़ते तापमान के साथ, कुछ तरल पदार्थों की चिपचिपाहट बढ़ जाती है, जबकि अन्य, इसके विपरीत, कम हो जाती है। यह विशिष्ट यौगिक और उसकी रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है।
2. दबाव से.वृद्धि से श्यानता सूचकांक में वृद्धि होती है।
3. पदार्थ की रासायनिक संरचना से.शुद्ध पदार्थ के नमूने में अशुद्धियों और विदेशी घटकों की उपस्थिति में चिपचिपाहट बदल जाती है।

ताप की गुंजाइश

यह शब्द किसी पदार्थ की अपने तापमान को एक डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाने के लिए एक निश्चित मात्रा में गर्मी को अवशोषित करने की क्षमता को परिभाषित करता है। इस सूचक के लिए अलग-अलग कनेक्शन हैं। कुछ में अधिक, कुछ में कम, ताप क्षमता होती है।

उदाहरण के लिए, पानी एक बहुत अच्छा ताप संचयकर्ता है, जो इसे हीटिंग सिस्टम, खाना पकाने और अन्य जरूरतों के लिए व्यापक रूप से उपयोग करने की अनुमति देता है। सामान्य तौर पर, प्रत्येक व्यक्तिगत तरल के लिए ताप क्षमता संकेतक सख्ती से अलग-अलग होता है।

सतह तनाव

अक्सर, जब कार्य दिया जाता है: "तरल पदार्थों के गुणों का नाम बताएं," तो उन्हें तुरंत सतह तनाव याद आ जाता है। आख़िरकार, बच्चों को भौतिकी, रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान के पाठों में इसका परिचय दिया जाता है। और प्रत्येक विषय इस महत्वपूर्ण पैरामीटर को अपनी ओर से समझाता है।

सतह तनाव की क्लासिक परिभाषा है: यह चरणों के बीच का इंटरफ़ेस है। अर्थात्, उस समय जब तरल ने एक निश्चित मात्रा पर कब्जा कर लिया है, यह बाहर की ओर एक गैसीय माध्यम - वायु, भाप या किसी अन्य पदार्थ से घिरा होता है। इस प्रकार, संपर्क के बिंदु पर चरण पृथक्करण होता है।

इस मामले में, अणु अपने आप को यथासंभव अधिक से अधिक कणों से घेर लेते हैं और इस प्रकार, समग्र रूप से तरल पदार्थ का संपीड़न होता है। परिणामस्वरूप, सतह खिंची हुई प्रतीत होती है। यही गुण गुरुत्वाकर्षण की अनुपस्थिति में तरल बूंदों के गोलाकार आकार की व्याख्या कर सकता है। आख़िरकार, यही वह रूप है जो अणु की ऊर्जा की दृष्टि से आदर्श है। उदाहरण:

• बुलबुला;
• उबला पानी;
• शून्य गुरुत्वाकर्षण में तरल पदार्थ गिरता है।

सतह के तनाव के कारण ही कुछ कीड़े पानी की सतह पर "चलने" के लिए अनुकूलित हो गए हैं। उदाहरण: जलपक्षी, जलपक्षी, कुछ लार्वा।

द्रवता

द्रव और ठोस में समान गुण होते हैं। उनमें से एक है तरलता. मुख्य अंतर यह है कि पहले वाले के लिए यह असीमित है। इस पैरामीटर का सार क्या है?

यदि आप किसी तरल पिंड पर बाहरी बल लगाएंगे तो वह भागों में विभाजित हो जाएगा और उन्हें एक दूसरे से अलग कर देगा, अर्थात प्रवाहित हो जाएगा। इस मामले में, प्रत्येक भाग फिर से बर्तन की पूरी मात्रा भर देगा। ठोस पदार्थों के लिए, यह गुण सीमित है और बाहरी स्थितियों पर निर्भर करता है।

तापमान पर गुणों की निर्भरता

इनमें तीन पैरामीटर शामिल हैं जो उन पदार्थों की विशेषता बताते हैं जिन पर हम विचार कर रहे हैं:

• ज़्यादा गरम करना;
• ठंडा करना;
• उबलना.

सुपरहीटिंग और सुपरकूलिंग जैसे तरल पदार्थों के गुण सीधे क्रमशः क्वथनांक और हिमांक से संबंधित होते हैं। किसी तरल को अत्यधिक गरम तब कहा जाता है जब वह तापमान के संपर्क में आने पर महत्वपूर्ण ताप बिंदु की सीमा को पार कर चुका हो, लेकिन उबलने का कोई बाहरी लक्षण नहीं दिखा हो।

सुपरकूल्ड, तदनुसार, एक तरल है जो कम तापमान के प्रभाव में दूसरे चरण में संक्रमण के महत्वपूर्ण बिंदु की सीमा को पार कर गया है, लेकिन ठोस नहीं बना है।

पहले और दूसरे दोनों मामलों में ऐसे गुणों के प्रकट होने की स्थितियाँ हैं।

1. सिस्टम पर कोई यांत्रिक प्रभाव (आंदोलन, कंपन) नहीं।
2. अचानक उछाल और बदलाव के बिना, समान तापमान।

एक दिलचस्प तथ्य यह है कि यदि आप किसी विदेशी वस्तु को अत्यधिक गरम तरल (उदाहरण के लिए, पानी) में फेंकते हैं, तो वह तुरंत उबल जाएगी। इसे विकिरण के प्रभाव में (माइक्रोवेव ओवन में) गर्म करके प्राप्त किया जा सकता है।

पदार्थों के अन्य चरणों के साथ सह-अस्तित्व

इस पैरामीटर के लिए दो विकल्प हैं.

सामान्य तौर पर, हाइड्रोएरोमैकेनिक्स का अनुशासन एकत्रीकरण के अन्य राज्यों में यौगिकों के साथ तरल पदार्थ की बातचीत का अध्ययन करता है।

दबाव

किसी तरल के मूल गुण अधूरे होंगे यदि हम संपीडनशीलता का उल्लेख नहीं करेंगे। बेशक, यह पैरामीटर गैस प्रणालियों के लिए अधिक विशिष्ट है। हालाँकि, जिन पर हम विचार कर रहे हैं उन्हें कुछ शर्तों के तहत संपीड़ित भी किया जा सकता है।

मुख्य अंतर प्रक्रिया की गति और इसकी एकरूपता है। जबकि गैस को जल्दी और कम दबाव में संपीड़ित किया जा सकता है, तरल पदार्थ काफी लंबे समय तक और विशेष रूप से चयनित परिस्थितियों में असमान रूप से संपीड़ित होते हैं।

तरल पदार्थों का वाष्पीकरण और संघनन

ये तरल के दो और गुण हैं। भौतिकी उन्हें निम्नलिखित स्पष्टीकरण देती है:

1. वाष्पीकरण - उहएक ऐसी प्रक्रिया है जो किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की तरल अवस्था से ठोस अवस्था में क्रमिक संक्रमण की विशेषता बताती है। यह सिस्टम पर थर्मल प्रभाव के प्रभाव में होता है। अणु गति करना शुरू कर देते हैं और, अपने क्रिस्टल जाली को बदलते हुए, गैसीय अवस्था में चले जाते हैं। यह प्रक्रिया तब तक जारी रह सकती है जब तक कि सारा तरल वाष्प में न बदल जाए (खुले सिस्टम के लिए)। या जब तक संतुलन स्थापित न हो जाए (बंद जहाजों के लिए)।
2. वाष्पीकरण- ऊपर बताई गई प्रक्रिया के विपरीत एक प्रक्रिया। यहां वाष्प तरल अणुओं में बदल जाता है। ऐसा तब तक होता है जब तक संतुलन या पूर्ण चरण संक्रमण स्थापित नहीं हो जाता। भाप तरल में उसकी तुलना में अधिक कण छोड़ती है।

प्रकृति में इन दो प्रक्रियाओं के विशिष्ट उदाहरण हैं विश्व महासागर की सतह से पानी का वाष्पीकरण, वायुमंडल की ऊपरी परतों में इसका संघनन और फिर वर्षा।

द्रव के यांत्रिक गुण

ये गुण द्रव यांत्रिकी जैसे विज्ञान के अध्ययन का विषय हैं। विशेष रूप से, इसका खंड, द्रव और गैस यांत्रिकी का सिद्धांत। पदार्थों के एकत्रीकरण की मानी गई स्थिति को दर्शाने वाले मुख्य यांत्रिक मापदंडों में शामिल हैं:

• घनत्व;
• विशिष्ट गुरुत्व;
• श्यानता।

किसी तरल पदार्थ के घनत्व को उसके द्रव्यमान के रूप में समझा जाता है, जो आयतन की एक इकाई में समाहित होता है। यह सूचक विभिन्न यौगिकों के लिए भिन्न होता है। इस सूचक पर पहले से ही गणना और प्रयोगात्मक रूप से मापा गया डेटा मौजूद है, जो विशेष तालिकाओं में दर्ज किया गया है।

हमें तरल पदार्थों के यांत्रिक गुणों का अध्ययन क्यों करना चाहिए? यह ज्ञान प्रकृति में, मानव शरीर के अंदर होने वाली प्रक्रियाओं को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। तकनीकी साधन और विभिन्न उत्पाद बनाते समय भी। आख़िरकार, यह हमारे ग्रह पर सबसे आम समुच्चय रूपों में से एक है।

गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ और उनके गुण

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों के गुण भौतिकी के साथ-साथ कुछ संबंधित विषयों के अध्ययन का विषय हैं। हालाँकि, पारंपरिक तरल पदार्थों के अलावा, तथाकथित गैर-न्यूटोनियन पदार्थ भी हैं, जिनका अध्ययन इस विज्ञान द्वारा भी किया जाता है। वे क्या हैं और उन्हें ऐसा नाम क्यों मिला?

यह समझने के लिए कि ऐसे कनेक्शन क्या हैं, यहां सबसे आम रोजमर्रा के उदाहरण दिए गए हैं:

• "लिज़ुन" जिसके साथ बच्चे खेलते हैं;
• "हैंड गम", या हाथों के लिए च्युइंग गम;
• साधारण निर्माण पेंट;
• पानी आदि में स्टार्च का घोल।

अर्थात्, ये ऐसे तरल पदार्थ हैं जिनकी श्यानता वेग प्रवणता के अधीन होती है। प्रभाव जितना तेज़ होगा, चिपचिपापन सूचकांक उतना ही अधिक होगा। इसलिए, जब कोई हैंड-गम फर्श से तेजी से टकराता है, तो यह पूरी तरह से ठोस पदार्थ में बदल जाता है जो टुकड़ों में विभाजित हो सकता है।

अगर आप इसे ऐसे ही छोड़ देंगे तो कुछ ही मिनटों में यह एक चिपचिपे पोखर में फैल जाएगा। - ऐसे पदार्थ जो अपने गुणों में काफी अद्वितीय हैं, जिनका न केवल तकनीकी उद्देश्यों के लिए, बल्कि सांस्कृतिक और रोजमर्रा के उद्देश्यों के लिए भी उपयोग किया जाता है।