Vii bob. Moddalarning agregat holatlari
- §. Suyuqlikning xossalari. Sirt tarangligi
Download 389.28 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 55- rasm.
- Sirt tarangligi deb sirtni o‘rab turgan konturning birlik uzun- ligiga ta’sir etuvchi sirt taranglik kuchiga aytiladi.
- 38- §. Ho‘llash. Egri sirt ostidagi bosim. Kapillarlik
- Egri sirt ostidagi bosim.
- Kapillarlik.
- 58- rasm. b) a) 154 Kapillarlikning ahamiyati
- 39- §. Qattiq jismlar. Mono- va polikristallar. Kristallarning turlari. Polimerlar
- Kristallarning anizotropligi.
- Har uchala yo‘nalish bo‘yicha ham zarralar joylashuvining davriy ravishda takrorlanishi bilan xarakterlanuvchi tuzilish
- 59- rasm. 60- rasm.
- Òarkibi bir xil moddaning turli fizik xossalarga ega bo‘lgan har xil kristall tuzilishni hosil qilishi polimorfizm deyiladi.
37- §. Suyuqlikning xossalari. Sirt tarangligi. Sirt qatlami energiyasi M a z m u n i : moddaning suyuq holati; suyuqlikning tuzilishi; molekular bosim; sirt tarangligi; sirt qatlami energiyasi.
jism oralig‘idagi agregat holatidir. Shuning uchun ham uning ba’zi xossalari gaznikiga, ba’zilari esa qattiq jismlarnikiga o‘xshab ketadi. U xuddi qattiq jismlarga o‘xshab ma’lum hajmga ega bo‘lsa, xuddi gazlardek o‘zi quyilgan idishning shaklini egallaydi. Gaz molekulalari amalda bir-birlari bilan bog‘lanmagan bo‘lsa, suyuq- lik molekulalari bir-birlari bilan juda kuchli bog‘langan va ma’- lum masofada joylashgan bo‘ladi. Suyuqliklarda va qattiq jismlarda molekulalarning betartib hara- kat issiqlik energiyasi molekulalararo o‘zaro ta’sir potensial ener- giyasidan juda kichik bo‘lib, uni yenga olmaydi. Shuning uchun ham suyuqlik va qattiq jismlar aniq hajmga ega bo‘ladi. Suyuqlik mole- 148 kulalari orasidagi o‘zaro ta’sir kuchining kattaligi natijasida suyuqlik amalda siqilmaydi. Boshqacha aytganda, juda katta molekulalararo ta’sir kuchiga ega bo‘lgan suyuqlikka tashqi bosimning ta’siri sezil- maydi. Shuning uchun ham molekulalararo ta’sir kuchini suyuq- likning molekular bosimi deb aytiladi. Hisoblash suvning molekular bosimi 1100 MPa atrofida ekanligini ko‘rsatadi. Shu bilan birga, suyuqlik molekulalari juda yaxshi o‘rin almashinish xususiyatiga, ya’ni suyuqlik oqish va o‘zi solingan idish shaklini egallash xusu- siyatiga ega bo‘ladi. Agar suyuqlik muvozanat holatida bo‘lsa, uning molekulalari biror muvozanat holati atrofida tebranma harakat qiladi. Bu holda tortishish va itarish kuchlari bir-biri bilan teng bo‘ladi. Suyuqlikning tuzilishi. Suyuqliklarni rentgen nurlari yordamida o‘rganish ularning molekular tuzilishida qattiq jismlarning molekular tuzilishiga o‘xshash joylari borligini ko‘rsatdi. Agar qattiq jismlarda molekulalarning ancha katta masofada ham batartib joylashuvi kuzatilsa, suyuqliklarda juda kichik, atomlararo masofalardagina batartib joylashuvi kuzatiladi. O‘z izlanishlarini suyuqliklarning xossalarini o‘rganishga bag‘ishlagan Y a . F r e n k e l (1884 — 1952) quyidagi nazariyani yaratdi. Frenkel nazariyasiga ko‘ra, suyuqlik molekulasi ma’lum vaqt davomida o‘z muvozanat holati atrofida, go‘yoki kristall panjaraning tugunida turgandek tebranib turadi va so‘ngra sakrab oldingisidan atomlararo masofada bo‘lgan yangi holatga (yangi tugunga) o‘tadi. Molekulalarning biror holatda bo‘lish vaqti juda kichik, 10 -10 — 10
-12 s ni tashkil etadi. Demak, sodda qilib, suyuqlik molekulasining bir holatdan ikkinchisiga o‘tishini panjaraning bir tugunidan ikkinchisiga o‘tish, ko‘chish masofasini esa panjara doimiysi sifatida qarash mumkin. Panjara tugunida turgan molekula panjara doimiysidan kichikroq amplitudalar bilan tebranma harakat qiladi. Shunga asoslanib, su-
yuqlik kvazikristall (go‘yoki kristal- ldek) tuzilishga ega, deb hi- soblash mumkin. Molekular bosim. Suyuqlik- ning har bir molekulasiga uni o‘rab turgan molekulalar tomo- nidan tortishish kuchlari ta’sir ko‘rsatadi (55- rasm). Bu kuchlar juda tez kamayib, ularni ma’lum masofadan boshlab hisobga ol- maslik ham mumkin. Bu masofa 149 molekular ta’sir radiusi (r) deyiladi. U 10 –9 m atrofida bo‘ladi. r radiusli doira esa molekular ta’sir doirasi deyiladi. Suyuqlik ichidagi biror A molekulani ajratib olaylik (55- rasm) va uning atrofida r radiusli molekular ta’sir doirasini chizaylik.
ta’sirini hisobga olish yetarli. Bu molekulalarning A molekulaga ta’sir kuchlari turli tomonlarga yo‘nalgan va bir-birlarini kompen satsiyalaydi. Shunday qilib, suyuqlik ichidagi molekulaga boshqa moleku- lalar tomonidan ta’sir etayotgan kuchlarning teng ta’sir etuvchisi nolga teng bo‘ladi. Agar molekula B suyuqlik sirtidan r dan kichik- roq masofada joylashgan bo‘lsa, unda kuchlarning teng ta’sir etuvchisi nolga teng bo‘lmaydi. 55- rasmda ko‘rinib turibdiki, B molekulaning yuqorisida molekulalar bo‘lmaganligi uchun teng ta’sir etuvchi kuch r
suyuqlik ichiga yo‘nalgan bo‘ladi. Shunday qilib, suyuqlik sirtida joylashgan, ya’ni sirt qatlami molekulalarning teng ta’sir etuvchi kuchlari suyuqlikka bosim ko‘rsatadi yoki su- yuqlikni siqadi. Bu bosim molekular yoki ichki bosim deyiladi. Molekular bosim suyuqlik molekulalari o‘zaro ta’sir kuchlarining natijasi bo‘lganligi uchun suyuqlikka botirilgan jismga ta’sir etmaydi. Ichki bosim temperaturaga bog‘liq bo‘lib, temperatura ortishi bilan ichki bosim kamayadi. Sirt tarangligi. Shunday qilib, suyuqlik sirtidagi qatlamda joy- lashgan molekulalarga, ya’ni sirt qatlamiga ta’sir etadigan kuchlar suyuqlik sirtini taranglashtiradi. Shuning uchun ham bu kuchlar sirt
sirtini qisqartirishga majbur qiladi. Sirt tarangligi quyidagicha aniqlanadi: a =
. F l
(37.1)
Sirt tarangligining SI dagi birligi [ ] [ ]
[ ] N 1 . m F l a = = Juda ko‘p suyuqliklarning sirt tarangligi 300 K da 10 –2 — 10
–1 N/m
atrofida bo‘ladi. Sirt tarangligi temperaturaga bog‘liqdir. Suyuqlik- ning temperaturasi ko‘tarilishi bilan molekulalari orasidagi o‘rtacha masofa ortadi, o‘zaro tortishish kuchlari kamayadi va demak, sirt tarangligi ham kamayadi. 150 Sirt tarangligi suyuqlik tarkibidagi aralashmalarga juda ham bog‘- liq. Suyuqlikning sirt tarangligini kamaytiruvchi moddalarga sirt-
U suvning sirt tarangligini 7,5 · 10 –2 N/m dan 4,5 · 10 –2 N/m gacha kamaytiradi. Shuningdek, spirt, efir, neft ham suvning sirt tarangligini kamaytiruvchi moddalar hisoblanadi. Shunday moddalar mavjudki, ularning molekulalari suyuqlik molekulalari bilan, suyuqlik mo- lekulalarining o‘zaro ta’siridan ko‘ra kuchliroq ta’sirlashadi. Bunday moddalar suyuqlikning sirt tarangligini orttiradi. Bunday moddalarga shakar, tuz va boshqalar kiradi. Masalan, sovunli suvga tuz solinsa, sovun suvning sirt qatlamiga siqib chiqariladi. Sovun ishlab chiqarishda sovun shu usul bilan eritmadan ajratib olinadi. Sirt qatlami energiyasi. Suyuqlik molekulasining to‘la ener- giyasi uning betartib harakat issiqlik energiyasi va molekulalararo o‘zaro ta’sir potensial energiyalarining yig‘indisidan iboratdir. Molekulani suyuqlik ichidan sirt qatlamiga ko‘chirish uchun ma’- lum ish bajarish kerak. Bu molekulalarning kinetik energiyalari hisobiga bajariladi va uning potensial energiyasining ortishiga olib keladi. Shuning uchun ham sirt qatlamidagi molekulalar suyuqlik ichidagi molekulalarga nisbatan ko‘proq potensial energiyaga ega bo‘ladi. Suyuqlikning sirt qatlamidagi molekulalar energiyasi sirt
vujudga keltirish uchun sarflanadigan ish bilan aniqlanadi. Òabiiyki, sirt qatlamining yuzasi qancha katta bo‘lsa, uni vujudga keltirish uchun ham shuncha ko‘p ish bajariladi: .
D = a × D (37.2) Bundan
D D a = . A S
(37.3) Demak, sirt tarangligi a o‘zgarmas temperaturada suyuqlik sirtida qatlam hosil qilish uchun bajariladigan ish DA ning shu sirt qatlami yuzasi DS ga nisbati bilan aniqlanadigan kattalikdir. Agar sirt qatlamini vujudga keltirish uchun bajariladigan ish DA sirt qatlami energiyasi DE ga tengligini (DA = DE) hisobga olsak, (37.3) ni quyidagicha yozamiz: D D a = .
S
(37.3) (37.4) dan sirt tarangligi sirt energiyasining zichligi kabi aniqlanishi ko‘rinib turibdi. 151 Sinov savollari 1. Suyuqlik moddaning qanday holati? 2. Suyuqlikning qanday xususiyatlari gazlarnikiga o‘xshaydi? 3. Suyuqlikning qanday xususiyatlari qattiq jismnikiga o‘xshaydi? 4. Suyuqlik siqiladimi? 5. Suyuqlikning molekular bosimi deb nimaga aytiladi ? 6. Suyuqlikning oqish va idish shaklini olish xususiyati qanday tushuntiriladi? 7. Suyuqlik molekulalari qanday harakat qiladi? 8. Suyuqlik qanday tuzilishga ega? 9. Suyuqlikning xossalari haqida Frenkel nazariyasi. 10. Molekular ta’sir doirasi deb qanday masofaga aytiladi va u nimaga teng? 11. Suyuqlik ichidagi mole- kulaga ta’sir etadigan kuchlarning teng ta’sir etuvchisi qanday bo‘ladi? 12. Suyuqlik sirtida joylashgan molekulaga-chi? 13. Suyuqlik sirtida joylashgan molekulalar teng ta’sir etuvchi kuchlari suyuqlikka qanday ta’sir ko‘rsatadi? 14. Molekular yoki ichki bosim deb nimaga aytiladi? 15. Molekular bosim suyuqlikka botirilgan jismga ta’sir ko‘rsatadimi? 16. Molekular bosim temperaturaga bog‘liqmi? 17. Sirt taranglik kuchlari deb qanday kuchlarga aytiladi? 18. Sirt taranglik kuchlari suyuqlik sirtini qanday o‘zgartiradi ? 19. Sirt tarangligi deb nimaga aytiladi va uning SI dagi birligi qanday? 20. Sirt tarangligi temperaturaga bog‘liqmi va uni qanday tushuntirish mumkin? 21. Sirt-aktiv moddalar deb qanday moddalarga aytiladi? 22. Sovun ishlab chiqarishda sovun qanday qilib eritmadan ajratib olinadi? 23. Suyuqlik molekulasining to‘la energiyasi nimaga teng? 24. Suyuqlik sirtidagi molekulalarning potensial energiya- lari kattami yoki suyuqlik ichidagilarnikimi? 25. Sirt qatlami energiyasi deb qanday energiyaga aytiladi? 26. Sirt qatlami energiyasi sirt qatlami yuzasiga bog‘liqmi? 27. Sirt tarangligi nimaga teng? 28. Sirt energiya- sining zichligi sirt tarangligiga bog‘liqmi? 38- §. Ho‘llash. Egri sirt ostidagi bosim. Kapillarlik M a z m u n i : ho‘llash; egri sirt ostidagi bosim; kapillarlik; kapillarlikning ahamiyati.
mumkin. Agar simob tomchisi toza temir sirtiga quyilsa, yoyilib 56- a rasmdagidek ko‘rinishni oladi. Bunda, simob temirni ho‘lladi deyiladi. 56- rasm. a) b) 152 Endi simob tomchisini shisha plastinka ustiga qo‘ysak, tomchi shar shakliga intilib, 56- b rasmdagidek ko‘rinishni oladi. Bunda simob shisha plastinkani ho‘llamadi deyiladi. Suyuqlikning qattiq jismni ho‘llash-ho‘llamasligi mod- dalarning bir-biriga tegib turgan qatlamlaridagi molekulalari orasida vujudga keladigan ta’sir xarakteriga bog‘liq. Agar qattiq
jism va suyuqlik molekulalari orasidagi tortishish kuchi, suyuq- likning o‘zining molekulalari orasidagi tortishish kuchidan katta bo‘lsa, unda suyuqlik qattiq jismni ho‘llaydi. Bunda suyuqlik qattiq jism sirtida kengroq yoyilishga harakat qiladi (simob—temir). Agar qattiq jism va suyuqlik molekulalari orasidagi tortishish kuchi, suyuqlikning o‘zining molekulalari orasidagi tortishish kuchidan kichik bo‘lsa, unda suyuqlik qattiq jismni ho‘llamaydi. Bunda suyuq- lik qattiq jismga tegib turgan sirtini kamaytirishga harakat qiladi (simob — shisha). Egri sirt ostidagi bosim. Agar suyuqlik ingichka naychaga quy- ilsa, uning devori yonida suyuqlik sirtining egrilanishi ro‘y beradi. Sirtning bu egrilanishi menisk deyiladi. Agar suyuqlik qattiq jismni ho‘llasa, naycha devori yonida suyuqlikning ko‘tarilishi ro‘y beradi va menisk botiq bo‘ladi (57- a rasm). Agar suyuqlik qattiq jismni ho‘llamasa, naycha devori yonida suyuqlikning pasayishi ro‘y beradi va menisk qavariq bo‘ladi (57- b rasm). Qattiq jism va suyuqlik sirtidan M nuqtada o‘tkazilgan urinma orasidagi q burchakka chegaraviy burchak deyilib, ho‘llaydigan suyuqlik ichun 2
2
q > bo‘ladi. Kapil- lar deyiluvchi ingichka naycha holida menisk yaxshi kuzatiladi. Agar suyuqlik solingan idishga kapillar tushirilsa va suyuqlik kapillar devorini ho‘llasa, unda suyuqlik kapillar bo‘ylab h balandlikka ko‘tariladi (58- a rasm). Agar suyuqlik kapillar devorini ho‘llamasa, unda suyuqlik sat- hi h ga pasayadi. Bunga sabab, suyuqlik sirtining egrilanishi va qo‘shimcha bosimning vujudga kelishidir. Bu bosim 2
a D = (38.1)
153 ifoda yordamida aniqlanadi (58- b rasm). Bu yerda: a — suyuq- likning sirt tarangligi, R — sirtning egrilik radiusi. Agar suyuqlik sirti botiq bo‘lsa, qo‘shimcha bosim manfiy bo‘- ladi va suyuqlik kapillar bo‘ylab yuqoriga ko‘tariladi. Chunki keng idishdagi suyuqlik sirtiga qo‘shimcha bosim ta’sir qilmaydi (58- a rasm). Agar suyuqlik sirti qavariq bo‘lsa, qo‘shimcha bosim musbat bo‘ladi va u suyuqlikni kapillar bo‘ylab pasayishiga olib keladi (58- b rasm).
hodisasiga kapillarlik deyiladi. Kapillardagi suyuqlik h balandlik- ka ko‘tarilgan suyuqlik ustunining gidrostatik bosimi P g = r gh qo‘- shimcha bosim Dp ga teng bo‘lguncha (58- a rasm) sathini o‘zgar- tiradi, ya’ni 2
a = r . (38.2) Bu yerda r — suyuqlikning zichligi, g — erkin tushish tezlani- shi. (38.2) dan h ni topamiz: 2 . g R h a r× × =
(38.3) (38.3) ifodadan ko‘rinib turibdiki, kapillardagi suyuqlik sathi- ning ko‘tarilishi (pasayishi) uning radiusiga teskari proporsional. Ingichka kapillarlarda suyuqlik ancha katta balandlikka ko‘tariladi. Misol uchun, to‘la ho‘llanish bo‘lganda suv (r = 1000 kg/m 3 , a = 0,073 N/m) 10 mm diametrli kapillar nay bo‘ylab h » 3 m balandlikka ko‘tariladi. 58- rasm. b) a) 154 Kapillarlikning ahamiyati. Kapillarlik tabiatda va texnikada mu- him ahamiyatga egadir. Masalan, namlikning tuproqdan o‘simlik- larga singishi kapillarlik asosida amalga oshadi. O‘simliklarning hujayralari kapillarlar hosil qilib, ular orqali suyuqlik yuqoriga ko‘tariladi. Shuningdek, kapillarlikdan quritishda keng foydalaniladi.
1. Agar suyuqlik qattiq jismni ho‘llasa, qanday shaklni oladi? 2. Agar suyuqlik qattiq jismni ho‘llamasa-chi? 3. Qachon suyuqlik qattiq jismni ho‘llaydi? 4. Qachon suyuqlik qattiq jismni ho‘llamaydi? 5. Qa- chon menisk botiq, qachon qavariq bo‘ladi? 6. Qachon egri sirt ostidagi bosim vujudga keladi va u nimaga teng? 7. Agar suyuqlik sirti botiq bo‘lsa, qo‘shimcha bosim qanday bo‘ladi? Suyuqlik sirti qavariq bo‘lsa- chi? 8. Suyuqlik kapillar bo‘ylab qachon yuqoriga ko‘tariladi? Qachon pasayadi? 9. Kapillar naycha deb qanday naychaga aytiladi? 10. Ka- pillarlik hodisasi deb qanday hodisaga aytiladi? 11.Kapillardagi suyuqlik sathining ko‘tarilish balandligi nimaga teng? 12. Suyuqlik sathining ko‘tarilish balandligi kapillar radiusiga qanday bog‘liq? 13. Kapillarlik- ning o‘simliklarning o‘sishdagi ahamiyati qanday? 14. Kapillarlikka uchta misol keltiring. 39- §. Qattiq jismlar. Mono- va polikristallar. Kristallarning turlari. Polimerlar M a z m u n i : kristallarning anizotropligi; monokristallar; poli- kristallar; kristallarning turlari; defektlar; suyuq kristallar; amorf jismlar; polimerlar; polimerlarning xossalari va qo‘llanilishi. Kristallarning anizotropligi. Moddalarning qattiq holati faqat molekulalarining bir-birlari bilan juda kuchli bog‘langanligi bilangina emas, balki doimiy hajmi va shaklini (kristallar) saqlashi bilan ham xarakterlanadi. Umuman olganda, qattiq jismlar turli xususiyatlariga asoslanib ikki turga, kristall va amorf jismlarga ajratiladi. Kristall jismlarning asosiy xususiyati ularning izotropik emasligi (anizotropligi), ya’ni ba’zi fizik xossalar, jumladan, yorug‘lik, issiqlik tarqalish tezligining yo‘nalishga bog‘liqligidir. Barcha yo‘nalishlarning teng kuchliligi izotroplik, teng kuchli emasligi esa anizotroplik deyiladi. Amorf jismlar esa izotropdir. Shuningdek, gazlar va ko‘plab suyuqliklar ham izotrop moddalarga kiradi.
155 Kristallarning anizotropligiga sabab zar- ralarining (atomlar, molekulalar, ionlar) fazoviy panjara hosil qilib batartib joylash- ganligidir. Har uchala yo‘nalish bo‘yicha
nuqta, aniqrog‘i atrofida zarralar tebranma harakat qiladigan nuqta kristall panjaraning tuguni deyiladi. 61- rasm. Panjara tugunida yakka atomlar (59- rasm), atomlar yoki ionlar guruhi (60- rasm) ham joylashgan bo‘lishi mumkin. Anizotroplikni tushunish uchun grafit kristalining tuzilishini ko‘raylik (61-rasm). Bu kristallda uglerod atomlari bir-biridan ma’lum masofada bo‘lgan tekisliklarda joylashgan bo‘ladi. Bir tekislikda joylashgan atomlar orasidagi masofa tekisliklar orasidagi masofadan kichik va demak, bir tekislikda yotgan atomlar orasidagi tortishish kuchlari turli tekisliklarda yotgan atomlar orasidagi tortishish kuchlaridan ko‘ra katta bo‘ladi. Shuning uchun ham grafit kristalini atom tekisliklariga parallel yo‘nalishda sindirish oson bo‘ladi. Kristall panjara tugunlari o‘rni takrorlanishining doimiy xarak- terga ega ekanligi, ya’ni uzoq tartibning o‘rinliligi kristall jismlarga xos bo‘lgan xususiyatdir. Kristall jismlar ikki guruhga bo‘linadi: monokristallar va poli- kristallar. Monokristallar. Zarralari bir xil kristall panjara hosil qiladigan qattiq jismlar monokristallar deyiladi. Monokristallarning kristall tuzilishi ularning tashqi shaklida ham namoyon bo‘ladi. Katta kristallar tabiatda juda kam uchraydi. Lekin sanoatda, fan va texnikada bunday kristallarga ehtiyoj juda katta. Ular radiotexnikada, optikada, ayniqsa
156 zamonaviy elektron hisoblash vositalarini ishlab chiqarishda muhim ahamiyatga ega. Misol uchun, yoqut kristali lazer nurlarni hosil qi- lishda, segneta tuzi kristallari ultratovush tebranishlarini hosil qi- lishda foydalaniladi. Aynan shuning uchun ham kristall sun’iy ravishda, hatto kosmik kemalarda ham hosil qilinadi. Hozir shu yo‘l bilan kvars, olmos, yoqut va boshqa noyob kristallar ham hosil qilinmoqda. Lekin buning uchun maxsus shart-sharoitlar zarur. Masalan, olmos kristalini hosil qilish uchun 10 4 MPa bosim va 200°C temperatura zarur. Polikristallar. Qattiq jismlarning aksariyati polikristallardir. Ular betartib joylashgan kichik kristallchalar — kristallitlar — kichik monokristallardan tashkil topgan bo‘ladi. Har bir monokristallcha anizotrop, lekin kristallchalar betartib joylashgan bo‘lganligi uchun polikristall jism izotrop bo‘ladi. Bir xil kimyoviy elementning atomlari turli xil kristall tuzilish hosil qilishi ham mumkin. Masalan, uglerodning o‘zi — xususiyatlari bir-biridan keskin farq qiladigan qatlamli grafit tuzilishiga va fazoviy olmos tuzilishga ega bo‘lishi mumkin. Suvning o‘zi besh xil kristall tuzilishga ega bo‘lgan muz hosil qiladi. Òarkibi bir xil moddaning turli fizik xossalarga ega bo‘lgan har xil kristall tuzilishni hosil qilishi polimorfizm deyiladi. Kristallarning turlari. Panjarasining tugunlarida joylashgan zar- ralarning tabiati va ular orasidagi o‘zaro ta’sir kuchlarining xarak- teriga qarab, kristallar to‘rt turga bo‘linadi:
ionlar navbat bilan joylashgan bo‘ladi. Ionlar orasidagi o‘zaro ta’sir kuchi, asosan, elektrostatik xarakteriga ega. Ionli kristallarga osh tuzi NaCl va seziy xlor CsCl yaxshi misol bo‘ladi (62- rasm). 62- rasm. Cl – Na + NaCl CsCl Cl – |
ma'muriyatiga murojaat qiling