VYBRANÉ VLASTNOSTI KVAPALÍN

Štruktúra kvapalín sa dosť podobá štruktúre amorfných látok. Každá molekula kmitá okolo svojej rovnovážnej polohy za čas asi 1 ns a potom zaujme novú tiež rovnovážnu polohu. V pevných látkach molekuly kmitajú iba okolo jednej rovnovážnej polohy. Zmena rovnovážnych polôh molekúl kvapaliny nastáva v dôsledku náhodných zmien kinetickej energie molekúl. Kvapaliny majú, na rozdiel od plynov, malú vzdialenosť medzi molekulami- tieto vzdialenosti medzi molekulami sú približne rovnaké ako pri pevných látkach.

Voľný povrch kvapaliny sa správa ako malá pružná blana - okolo každej molekuly môžeme opísať pomyselnú guľu (sféra molekulového pôsobenia) s polomerom r (cca. 1nm) a všetky ostatné sily pôsobiace mimo tejto gule sú zanedbateľné. V prípade, že molekula sa nachádza vnútri kvapaliny, výslednica príťažlivých síl zo sféry molekulového pôsobenia je nulová. Ak sa nachádza molekula na povrchu kvapaliny (v povrchovej vrstve kvapaliny), výsledná príťažlivá sila smeruje do stredu kvapaliny. Pritom za povrchovú vrstvu kvapaliny považujeme všetky molekuly, ktorých vzdialenosť od voľného povrchu kvapaliny je menšia ako polomer sféry molekulového pôsobenia. Treba tiež spomenúť, že jednou zo zložiek vnútornej energie kvapaliny je povrchová energia E. Takisto sa stretávame s povrchovým napätím, ktoré závisí od druhu kvapaliny, prostredia nad povrchom kvapaliny a dá sa nájsť v MFChT.

Kvapalina má snahu nadobúdať taký tvar, aby jej povrch bol čo najmenší, aby mala čo najmenšiu povrchovú energiu. Pri danom objeme tieto podmienky najlepšie spĺňa guľa. Preto voľné kvapky majú približne guľovitý tvar, ktorý sa však s pribúdajúcou hmotnosťou deformuje vplyvom tiažovej sily a tlakovej sily podložky. Na okraj povrchovej blany pôsobia molekuly kvapaliny povrchovou silou. V prípade, že je povrch kvapaliny zakrivený, má povrchová sila smer dotyčnice k povrchu kvapaliny v danom bode. Zakrivenie voľného povrchu kvapaliny spôsobuje, že molekuly kvapaliny, nachádzajúce sa na jej voľnom povrchu v blízkosti stien nádoby alebo iného pevného telesa, vzájomne nepôsobia len medzi sebou, ale aj s časticami pevného telesa a plynu nad voľným povrchom kvapaliny. Uhol, ktorý zviera povrch kvapaliny s povrchom steny sa nazýva stykový uhol. Ak je jeho veľkosť nulová, kvapalina zmáča steny nádoby dokonale. Zakrivenie voľného povrchu kvapaliny (napr. v úzkych rúrkach - kapilárach) spôsobuje, že na voľný povrch kvapaliny pôsobí výsledná sila Ft, vyvolávajúca kapilárny tlak pk. Kapilárne javy majú veľký význam v praxi. Napríklad valcovaním pôdy sa vytvárajú kapiláry, umožňujúce vzlínanie vody. Kapiláry sa rozrušujú, a tým sa zabraňuje nadmernému vyparovaniu. Kapilárna elevácia spôsobuje napríklad nasávanie knôtov alebo špongiových látok. Pri väčšine látok sa objem so zväčšujúcou teplotou zväčšuje. So zmenou teploty kvapaliny sa vždy mení aj jej hustota. Objem kvapaliny sa so zvyšujúcou teplotou zväčšuje. Ale voda je tu v intervale 0^oC až 3,98 ^oC výnimka. Táto má najväčšiu hustotu pri 3,98^oC. Táto vlastnosť sa nazýva anomália vody. Aj toto napríklad pomáha prezimovať niektorým živočíchom a rastlinám v jazerách a rybníkoch.

Medzi kvapalinou a tuhou látkou na povrchu sa silové pôsobenie prejavuje zmáčavosťou. V súvislosti so zmáčavosťou sa môžeme stretnúť s označením hydrofilné a hydrofóbne kvapaliny. V praxi to znamená, že "majú a nemajú radi vodu". Toto však platí o ich povrchoch, nie o samotných kvapalinách. O kvapalinách ako celku môžeme hovoriť ako o polárnych a nepolárnych, to však nie je cieľom tejto práce. Hydrofóbne povrchy sú zároveň "olejofilné" povrchy (napíklad teflón). Paradoxne, sklo má hydrofilný povrch, ale voda ho nezmáča dokonale. Toto sa dá vysvetliť iba vysokým povrchovým napätím vody. Dá sa to však odstrániť pridaním povrchovo aktívnej látky do vody, ktorá túto vlastnosť výrazne zmení.

Termodynamická sústava je teleso alebo skupina telies, teda sústava ktorú pozorujeme. Jej stav popisujú veličiny ako tlak, objem, teplota, energia, ktoré sa nazývajú stavové veličiny. Pri vzájomnom pôsobení sústav alebo sústav a okolia nastáva zmena stavu sústavy. Existuje však izolovaná sústava (neprebieha tu výmena energie s okolím), ktorej chemické zloženie a hmotnosť sú konštantné. Ale tiež platí, že každá sústava, nachádzajúca sa od istého okamihu v nemenných vonkajších podmienkach, prejde po istom čase samovoľne do rovnovážneho stavu a zotrvá v ňom, kým sa podmienky nezmenia. Toto sa nazýva rovnovážny stav. Telesám, ktoré sú pri vzájomnom styku v rovnovážnom stave, priraďujeme automaticky rovnakú teplotu. Základná teplotná stupnica je termodynamická teplotná stupnica, ktorá nezávisí od meranej látky. Základnou teplotou termodynamickej stupnice je trojný bod vody, čo je vlastne teplota rovnovážneho stavu vody, ľadu a pary, teda 0^oC, čo je presne toľko, čo 273,16 K. 0 K je teplota, pri ktorej nadobúda kinetická energia častíc najmenšiu hodnotu.

Súčet celkovej kinetickej energie neusporiadane sa pohybujúcich častíc Ek a celkovej potenciálnej energie vzájomnej polohy častíc Ep je vnútorná energia telesa U. Zmena vnútornej energie telesa môže nastať konaním práce - trením alebo tepelnou výmenou - napríklad zahrievanie vody. Tepelná výmena je dej, pri ktorom častice teplejšieho telesa nárazom odovzdávajú alebo prijímajú časť svojej energie. V izolovanej sústave platí pri tepelnej výmene zákon zachovania energie. Teplo (Q), ktoré teleso príjme, je priamo úmerné jeho hmotnosti a prírastku teploty. Teplo (Q) je určené energiou, ktorú pri tepelnej výmene odovzdá teplejšie teleso studenšiemu alebo naopak. Teplo (Q) dodané sústave sa rovná súčtu zmeny jej energie (dU) a práce (W'), ktorú sústava vykoná. Zmena vnútornej energie sústavy telies sa rovná súčtu práce (W) vykonanej okolitými telesami pôsobiacimi na sústavu a tepla (Q) odovzdaného okolitými telesami sústave.

Pri meraní teploty používame tzv. tepelnú kapacitu telesa (©). Táto vyjadruje, koľko tepla musí teleso alebo sústava (daná, s danou hmotnosťou) prijať, aby sa jej teplota zvýšila o 1^oC. Je definovaná ako podiel tepla (Q) a zmeny teploty (dt). Tiež sa používa tzv. merná tepelná kapacita telesa. Táto je používaná kvôli tomu, že tepelná kapacita telesa závisí od jeho hmotnosti a druhu látky. Je definovaná ako podiel tepla (Q) a súčinu hmotnosti (m) a zmeny teploty (dt).