• štruktúra kvapalných látok je podobná amorfným látkam

• na rozdiel od pevných látok každá častica kmitá okolo svojej rovnovážnej polohy a po veľmi krátkom čase (rádovo 1ns) zaujíma novú rovnovážnu polohu; so zvyšujúcou sa teplotou sa čas zotrvania molekuly v rovnovážnej polohe zmenšuje

• zmena rovnovážnych polôh molekúl nastáva v dôsledku zmeny kinetickej energie; molekula získava pri náhodných zrážkach so susednými molekulami takú energiu že sa dostane z vplyvu silového pôsobenia poľa susedných molekúl a zaujíma novú polohu

• na rozdiel od plynov kvapaliny majú relatívne malé vzdialenosti molekúl (približne rovnaké ako u pevných látok) teda kvapaliny na seba pôsobia na seba navzájom veľkými príťažlivými silami- to má vplyv hlavne na vlastnosti povrchovej vrstvy

POVRCHOVÁ VRSTVA KVAPALINY

• ak na kvapalinu položíme žiletku alebo hliníkovú mincu, pozorujeme že sa povrch kvapaliny prehne akoby bol pružný

• ihla, žiletka, minca sa nepotopia hoci material látok, z ktorých sú vyrobené, majú väčšiu hustotu ako voda

• molekuly kvapaliny na seba pôsobia príťažlivými silami, ktorých veľkosť sa rýchlo zmenšuje so zväčšujúcou sa vzdialenosťou. Okolo každej molekuly môžeme opísať takú guľu s polomerom r_m, že sily ktorými na túto vybranú molekulu pôsobia molekuly ležiace mimo tejto gule sú zanedbateľné

• jej polomer je rádovo 1 nm čo zodpovedá niekoľkým medziatómovími vzdialenostiam a nazýva sa sféra molekulového pôsobenia

• Vrstva molekúl, ktorých vzdialenosť od voľného povrchu kvapaliny je menšia ako polome sféry molekulového pôsobenia sa nazýva povrchová vrstva kvapaliny

• na každú molekulu ležiacu v povrchovej vrstve pôsobia susedné molekuly výslednou príťažlivou silou ktorá má smer dovnútra kvapaliny

• pri translácii (posunutí) molekuly do jej povrchovej vrstva treba konať prácu, preto molekula v povrchovej vrstve má väčšiu potenciálnu energiu vzhľadom na to akú by mala ak by bola vo vnútry kvapaliny

• povrchová vrstva má energiu, ktorá sa nazýva povrchová energia E s je jednou zo zložiek vnútornej energie kvapaliny

• ak sa zmení povrch kvapaliny o hodnotu ΔS , energia E sa zmení o
  Δ
  E =σ .
  ΔS , kde σ je povrchové napätie (závisí od druhu kvapaliny a prostredia nad voľným povrchom kvapaliny)- jeho jednotkou je Nm^-1

• kvapaliny daného objemu majú snahu nadobúdať tvar, aby bol povrch čo najmenší a tým bola aj minimálna povrchová energia A pri danom objeme má zo všetkých geometrických útvarov najmenší je povrch gule, preto i voľné kvapky (rosa, hmly) majú guľovitý tvar

• kvapalina má snahu nadobúdať taký tvar aby mala čo najmenší povrch

• sila pôsobiaca v povrchu kvapaliny sa volá povrchová sila

• keď na drôtenom rámiku, ktorého jedna strana je pohyblivá utvoríme kvapalinovú blanu z mydlového roztoku tak pozorujeme že blana sa sťahuje a ťahá so sebou aj pohyblivú časť

• na rámik pôsobí sila

• ak izotermicky zväčšujeme pôsobením vonkajšej sily povrch blany prechádza časť molekúl prechádza z vnútra kvapaliny na oba jej povrchy a povrchová energia sa zväčšuje

• práca vykonaná pôsobením vonkajších síl sa rovná prírastku povrchovej energie E blany, pri zmenšovaní povrchu blany prechádza časť molekúl z oboch povrchových vrstiev dovnútra kvapaliny a povrchová energia koná kladnú prácu

• posunutím priečky s dĺžkou l o vzdialenosť Δ
  x zväčší povrch oboch blán o 2Δ
  S=2lΔ
  x.

• z rovnosti E=W vyplýva F= σl

• keď je povrch zakrivený tak povrchová sila má smer dotyčnice kvapaliny v danom bode

JAVY NA ROZHRANÍ KVAPALINY A PEVNEJ LÁTKY

• kvapalina v nádobe vytvára dva typy povrchov:

1. vypuklý kvapalina steny nezmáča

2. dutý kvapalina steny zmáča

• zakrivenie voľného povrchu spôsobuje, že molekuly kvapaliny ktorá sa na jej voľnom povrchu a súčasne v blízkosti steny nádoby vzájomne pôsobia nielen medzi sebou ale aj s časticami pevného telesa a plynu nad voľným povrchom kvapaliny

• veľkosť sily, ktorou pôsobia molekuly plynu na vybrané molekuly je veľmi malá, výsledná sila je daná vektorovým súčtom príťažlivej sily medzi molekulami a príťažlivej sily medzi molekulami kvapaliny a nádoby

• kvapalina je v rovnovážnom stave ak výsledná príťažlivá sila má smer kolmý na voľný povrch kvapaliny, inak by nastal šmyk vrstiev kvapaliny preto sa pri stenách nádoby tvorí zakrivený povrch

• keď výslednica síl smeruje von z kvapaliny potom je voľný povrch kvapaliny pri stene nádoby dutá

• keď výslednica síl smeruje dovnútra kvapaliny je voľný povrch vypuklý

• uhol ϑ ktorý zviera povrch kvapaliny s povrchom steny sa nazýva stykový uhol

• ak sa uhol ϑ rovná 0° kvapalina dokonale zmáča steny nádoby; ak je 180° kvapalina dokonale nezmáča steny nádoby

KAPILARITA

• zakrivenie voľného povrchu kvapalinu v úzkych rúrkach (kapilárach) spôsobuje, že výslednica povrchových síl je nenulová sila, ktoré pôsobí kolmo na voľný povrch kvapaliny- táto sila vyvoláva kapilárny tlak p_k

• pre voľný povrch kvapaliny guľového tvaru je kapilárny tlak daný vzťahom p_k=2σ/R; R je polomer gule

• ak kapiláru ponoríme do nádoby s kvapalinou ktorá zmáča steny nádoby tak v kapiláre vystúpi kvapalina do istej výšky h nad voľnú hladinu kvapaliny v nádobe- kapilárna elevácia

• ak kapiláru ponoríme do nádoby s kvapalinou ktorá nezmáča steny nádoby tak v kapiláre klesne kvapalina do istej výšky h pod voľnú hladinu kvapaliny v nádobe- kapilárna depresia

   

-

ZMENY SKUPENSTVA LÁTOK

TOPENIE A TUHNUTIE

• ak zohrievame teleso z kryštalickej látky zvyšuje sa jeho teplota a po dosiahnutí teploty topenia t_t sa premieňa na kvapalinu s tou istou teplotou- topia sa

• keď sa teleso s hmotnosťou m a s teplotou topenia premení na kvapalinu s tou istou teplotou prijme skupenské teplo topenia L_t

• z rozličných látok rovnakej hmotnosti je táto veličina rôzna a preto sa zavádza merné skupenské teplo topenia l_t

• lt=L_t/m [J*kg-1]

   

• keď kvapalinu, ktorá vznikla topením kryštalickej látky, ochladzujeme menia sa pri teplote tuhnutia (rovnajúcej sa teplote topenia) na pevné teleso- tuhne a pritom okoliu odovzdá skupenské teplo tuhnutia rovnajúce sa L_t

• keď kvapalinu ktorá vznikla topením kryštalickej látky ochladzujeme menia sa pri teplote tuhnutia

• pevné amorfné látky pri zahrievaní postupne mäknú až sa premenia na kvapalinu, preto nemajú stálu teplotu topenia

TOPENIE A TUHNUTIE Z HĽADISKA MOLEKULOVEJ FYZIKY

• keď kryštalická látka prijíma teplo, zväčšuje sa stredná kinetická energia kmitavého pohybu častíc- častice zväčšujú svoje rozkmity čím sa zväčšuje aj stredná vzdialenosť medzi nimi, čo spôsobí zväčšenie aj strednej potenciálnej energie častíc

• keď teleso dosiahne teplotu topenia rozkmity dosiahnu také rozmery, že sa začína rozpadať kryštalická mriežka

• hoc pri topení látka prijíma teplo nemení sa stredná kinetická energia častíc( iba stredná potenciálna energia) čiže sa nemení teplota

• po roztopení látky ak prijíma ďalšie teplo znova sa zvyšuje i kinetická energia častíc a teda sa zväčšuje teplota

• keď kvapalina vzniknutá topením kryštalickej látky odovzdá teplo chladnejším telesám, ktoré ju obklopujú- zmenšia strednú kinetickú energiu častíc a tým aj teplotu

• ak dosiahneme teplotu tuhnutia začne sa v kvapaline vplyvom väzbových síl tvoriť kryštalizačné jadrá- tzv. zárodky. K týmto zárodkom sa pripájajú a pravidelne usporiadavajú ďalšie častice látky a tak vzniká v tavenine pri kryštalizácii sústava voľne sa pohybujúcich kryštálikov nepravidelného tvaru

• v okamihu, keď všetká látka stuhne kryštáliky sa navzájom dotýkajú a tvoria zrná (polykryštalické látky). Keď sa v tavenine utvorí iba jeden zárodok na ktorý sa postupne pripájajú častice látok vznikne monokryštál

SUBLIMÁCIA

• premena látky z plynného skupenstva na pevné- desublimácia

• premena látky z pevného skupenstva na plynné- sublimácia

• merné skupenské teplo sublimácie l_s=L_s/m

• ak je sublimujúca látka v uzatvorenej nádobe a jej hmotnosť je dostatočná tak sublimuje tak dlho že sa medzi pevnou fázou a parou utvorí rovnovážny stav. Vzniká nasýtená para

• ak je konštantná teplota, pomer hmotnosti plynného a pevného skupenstva- tlak nasýtenej pary vzniknutej sublimáciou sa nemení

• závislosť tlaku nasýtenej pary od teploty vyjadruje sublimačná krivka- každý bod je rovnovážny stav pevnej látky a nasýtenej pary

VYPAROVANIE, VAR A KONDENZÁCIA

• Je to premena kvapaliny na paru; vyparovanie z voľného povrchu prebieha pri každej teplote

• merné skupenské teplo vyparovania závisí od teploty (so zvyšujúcou teplotou merné skupenské teplo vyparovania klesá)

• l_v=L_v/m

• - keď kvapalinu zohrievame, pri dosiahnutí istej teploty pri danom okolitom tlaku sa vnútri

• kvapaliny tvoria bubliny pary, ktorý zväčšuje svoj objem a vystupuje na voľný povrch kvapaliny – nastáva var.

• Pri vare sa kvapalina vyparuje nielen na voľnom povrchu, ale aj vnútri.

• Teplota pri ktorej za daného vonkajšieho tlaku nastáva var- teplota varu (t_v)

• Teplota varu závisí od vonkajšieho tlaku (so zvyšovaním tlaku sa zvyšuje).

• Merné skupenské teplo varu sa rovná mernému skupenskému teplu vyparovania pri teplote varu kvapaliny

• molekuly kvapaliny konajú tepelný pohyb. Keď niektoré molekuly majú na voľnom

• povrchu takú energiu, že sú schopné prekonať sily, ktoré ich pútajú k ostatným

• molekulám, potom tieto molekuly uniknú do priestoru nad kvapalinou a utvoria paru.

• Keďže pri vyparovaní kvapalinu opúšťajú najrýchlejšie molekuly, zmenšuje sa stredná kinetická energia molekúl kvapaliny, čo má za následok zníženie teploty vyparujúcej sa kvapaliny.

• Teplota vzniknutej pary sa však rovná teplote kvapaliny, lebo molekuly pri

opustení kvapaliny vplyvom príťažlivých síl strácajú svoju prebytočnú kinetickú energiu;majú však väčšiu potenciálnu energiu.

• opačný dej k vyparovaniu je kvapalnenie (kondenzácia). Pri tomto deji látka odovzdá svojmu okoliu skupenské kondenzačné teplo. Merné skupenské kondenzačné teplo sa rovná mernému skupenskému teplu vyparovania rovnakej látky pri rozdielnej teplote.