Жидкое состояние. Гомогенная кристаллизация, страница 4

В определенных условиях в жидкостях проявляются: черты упругости, свойственные, казалось бы, только кристаллическим телам. В обычных условиях упругость жидкостей маскируется их высокой текучестью. Упругие свойства определяют характер физических процессов, протекающих в жидкостях при кратко временных воздействиях на них. Высокочастотные ультразвуковые колебания, возбуждаемые в жидкостях, вызывают сдвиговые волны, аналогичные упругим волнам в твердых телах. B жидкостях наблюдается хрупкость  при  быстрых деформациях, при взрывах жидкости могут возникать кратковременные трещины. Жидкости обладают прочностью при всестороннем растяжении. При охлаждении замкнутого сосуда, целиком заполненного жидкостью, коэффициент  теплового pacширения которой больше коэффициента теплового расширения  материала сосуда, жидкость упруго растягивается, как твердое тело. Например, ртуть удалось растянуть таким образом на 1,4%.

Известная хаотичность в расположении частиц и большая их подвижность, роднящие жидкости с газами, сочетаются с сильным межчастичным взаимодействием, как в твердом теле. Этим сочетанием обусловлен комплекс свойств, характерный для жидкого состояния вещества.

По классификации агрегатных состояний материи Дж. Д. Бернала [3], в основу которой положено взаимное расположение молекул и их молекулярное сцепление (связность), твердое кристаллическое состояние обладает регулярной и связанной структурой, жидкости и аморфные тела имеют нерегулярную связанную структуру, газы — нерегулярную и несвязанную структуру. Несмотря на простоту общей картины строения жидкостей, детали ее структуры еще недостаточно изучены. Из трех состояний вещества — твердого, жидкого и газообразного — жидкое наименее изучено.

2. РАЗВИТИЕ ВЗГЛЯДОВ И ПРЕДСТАВЛЕНИЙ НА ПРИРОДУ ЖИДКОСТЕЙ

Взгляды на природу жидкостей менялись с течением времени. Первоначально благодаря успехам теория Ван-дер-Ваальса и выведенному им  широко известному интерполяционному уравнению состояния утвердилось мнение о структурной близости жидкого и газообразного состояния. В основе этих представлений лежит действительно наблюдаемое явление непрерывного перехода газообразного состояния в жидкое, и наоборот. Существуют такие условия, при которых обе фазы — жидкая и газообразная — становятся тождественными по всем своим свойствам. Эти условия называются критическими и характеризуются критической температурой и критическим давлением. Критическое состояние может наступить при равновесии лишь таких фаз, различие между которыми носит только количественный характер [5]. К ним относятся жидкость и газ — две неупорядоченные фазы, в которых силы взаимодействия между молекулами имеют разную величину.

Теория Ван-дер-Ваальса рассматривала жидкость как реальный газ, сжатый до малого объема под влиянием внутренних межмолекулярных сил. Эта теория позволила объяснить термодинамические и некоторые другие равновесные свойства жидкостей.

Согласно теории Ван-дер-Ваальса, молекулы газа и жидкости представляются как упругие шарики, силы притяжения между которыми достигают наибольшей величины при непосредственном их соприкосновении. Силы отталкивания при столкновении этих молекул-шаров заменялись бесконечно большой упругой силой., На рис. \,а зависимость сил отталкивания и притяжения от расстояния по Ван-дер-Ваальсу показана пунктиром. Сплошной линией нанесена зависимость от расстояния реальных межмолекулярных сил в простых жидкостях.

Силы, действующие на молекулы, находящиеся в положении равновесия на расстоянии а друг от друга, равны нулю. Согласно же модели Ван-дер-Ваальса, при r=d₀силы притяжения достигают максимального значения. Это представление приводит к ошибочному представлению об огромном (десятки и сотни тысяч атмосфер) внутреннем давлении, по сравнению с которым оказываемые извне на жидкость воздействия являются ничтожно малыми. Этим объяснялась малая по сравнению с газами сжимаемость жидкостей. В действительности малая сжимаемость объясняется резким возрастанием сил отталкивания даже при незначительном уменьшении расстояния между молекулами. Молекулы отталкиваются, когда они находятся на достаточно близком расстоянии, и притягиваются, когда они удалены друг от друга (рис. 1).