II. ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА

1. СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ СО СВОЙСТВАМИ ГАЗОВ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Жидкости по своим свойствам занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Вряд ли имеет смысл обсуждать вопрос о том, к чему ближе свойства жидкостей: к свойствам ли соответствующего пара или твердого тела. Ответ на этот вопрос будет зависеть от того, при какой температуре и давлении производят это сравнение.

Если производить сравнение при температуре, близкой к температуре кристаллизации вещества, то жидкость будет иметь больше сходства с твердым телом.

Действительно, при плавлении твердого тела объем изменяется незначительно. Для большинства веществ это изменение составляет около 10%. Следовательно, при плавлении не может произойти больших изменений в расположении молекул вещества, бывшего до того твердым телом. К этому необходимо добавить, что теплоемкость жидкости при температуре плавления близка к теплоемкости соответствующего твердого тела, что свидетельствует о сходстве в характере движения частиц вещества в этих двух состояниях. Поскольку расположение частиц материи и их движение при плавлении твердого тела изменяются незначительно, то очевидно, что в жидкостях при этих условиях должны сохраняться некоторые черты упорядоченного расположения частиц, характерные для твердого тела.

В настоящее время имеются экспериментальные доказательства наличия частичной упорядоченности в расположении молекул жидкости при температурах, близких к температуре кристаллизации.

Сближает жидкости с твердыми телами также их способность сопротивляться растяжению, если только предупредить образование пара. Для того чтобы разорвать жидкость без образования паровой фазы, подчас необходимы большие усилия. Жидкость может существовать в растянутом состоянии, о котором говорилось уже при обсуждении уравнения Ван-дер-Ваальса.

Следует, однако, отметить, что наряду с чертами сходства с твердыми телами жидкости обладают одновременно физическими свойствами, отличными от свойств твердых тел. Жидкости изотропны, т. е. их физические свойства не зависят от направления, в то время как свойства кристаллических твердых тел зависят от направления.

Кроме того, жидкости отличаются от твердых тел текучестью. Частицы, образующие жидкость, могут легко перемещаться одна относительно другой. Можно представить себе некую идеальную, крайне текучую жидкость, для которой модуль сдвига будет равен нулю, т. е. у которой перемещение частиц не будет требовать никакого усилия.

Как сказано выше, свойства жидкостей зависят от температуры, и отмеченные черты сходства жидкостей с твердыми телами с повышением температуры постепенно уступают место все более усиливающемуся сходству жидкости с соответствующим паром. Если изучать свойства жидкости, находящейся в равновесии с паром при температурах, близких к критическим, то придется отметить, что при этих условиях сходными оказываются уже плотности жидкости и пара, а не плотности жидкости и твердого тела. В данном случае на первый план выступают черты сходства жидкого и парообразного состояний вещества.

Исторически первоначально большее значение придавалось сходству между жидкостью и паром. Жидкость рассматривалась как сильно сжатый газ.

В последнее время иногда наблюдается обратная тенденция: подчеркивается преимущественно сходство жидкости с твердыми телами. Взятые в своих крайних формах, обе тенденции неверны. Жидкое состояние — это промежуточное состояние, в котором свойства вещества по мере возрастания температуры переходят от свойств твердого тела к свойствам соответствующего пара, что неразрывно связано с соответствующим изменением молекулярного строения.

Из сказанного выше становится ясной трудность исчерпывающего определения понятия жидкого состояния.

В дальнейшем изложении мы будем считать, что жидкость отличается от газов тем, что ей всегда можно предоставить объем, достаточно большой для того, чтобы она занимала бы его не полностью, в то время как газ или пар всегда занимают полностью предоставленный им объем.

Таким образом, жидкость, как и твердое тело, будет отличаться от пара или газа наличием свободной поверхности.

Примем дальше, что от твердого тела жидкость отличается подвижностью своих частиц относительно друг друга, т. е. способностью течь.