ما هي خصائص السوائل

الرئيسية » لبيبة » فيزياء » مفاهيم فيزيائية » ما هي خصائص السوائل
خصائص السوائل

السائل هو إحدى حالات المادة التي تكون فيها الجزيئات حرة الحركة، أي لا تأخذ شكلًا ثابتًا رغم امتلاكها لحجمٍ معينٍ، وترتبط الجزيئات ببعضها عبر روابط بينها تدعى بالقوى بين الجزيئية Intermolecular forces، وبعض الأمثلة على السوائل هي الماء والحليب والدم والبول والغازولين والزئبق (عنصر) والعسل والقهوة، وبالإضافة إلى القوى بين الجزيئية هناك الكثير من خصائص السوائل التي ينبغي معرفتها.1

القوى بين الجزيئية

هي قوى موجودة في جميع المواد تسبب إما التصاق الجزيئات ببعضها أو تنافرها، فالمواد الصلبة تمتلك جزيئاتٍ شديدةَ الارتباط ببعضها على عكس المواد الغازية التي تنتشر جزيئاتها في كل مكانٍ، بينما تلتصق جزيئات السوائل ببعضها بفضل قوى التماسك.2

سمات جزيئات السوائل

من خصائص السوائل عشوائيتها واقترابها من بعضها دون أن تكوّن شكلًا صلبًا كما هي الحال في المواد الصلبة، كما أنها تأخذ شكل الإناء الذي توضع فيه، والروابط بينها قويةٌ كفاية للحفاظ على تلاصق الجزيئات والسماح لها بالحركة حول بعضها.3

أنواع السوائل

  • المذيبات: النوع الحقيقي للسوائل حيث تحتوي على نوعٍ واحدٍ من الجزيئات، وهي أكثر أنواع السوائل شيوعًا في الحياة اليومية كالماء والزيوت النباتية والمذيبات العضوية كالأسيتون.
  • المحاليل: يحوي هذا النوع من السوائل مادة أخرى في الفراغ بين جزيئاته كخليط الماء والملح أو الماء والسكر، ويُعتبر العرق الذي يفرزه الجسم محلولًا طبيعيًّا.
  • المستحلبات: نوعٌ مميزٌ من السوائل حيث يختلط فيه نوعان من السوائل لا يمتزجان في حالتهما الطبيعية، فمثلًا يستطيع الماء إزالة الزيت عن اليدين بواسطة الصابون الذي يسمح للماء بتكوين مستحلبٍ مع الزيت على اليدين وبالتالي إزالته عن سطح الجلد.
  • المعلقات: سوائلٌ تحوي جزيئاتٍ صلبةً معلقة في محلولٍ، ويكثر استخدامها في العقاقير الطبية، ويُعتبر الطين (الماء الممزوج مع الرمل الدقيق) معلقًا.
  • المحاليل الغازية: تواجدها قليلٌ في الطبيعة، وأمثلتها في الحياة اليومية هي المشروبات الغازية كالكولا.

خصائص السوائل

  • التماسك

هو انجذاب الجزيئات من نفس النوع لبعضها، وهو السبب وراء التوتر السطحي للسائل والذي يمكن تشبيهه بطبقةٍ جلديةٍ رقيقةٍ من الجزيئات المرتبطة ببعضها بشكلٍ أقوى من ارتباطها بالجزيئات المحيطة بها، وتبقى هذه الروابط قويةً طالما لا يحدث اضطرابٌ فيها؛ فالتوتر السطحي للماء مثلًا يعتبر قويًّا كفايةً ليحمل وزن حشرة، ويعد الماء أكثر السوائل اللامعدنية تماسكًا.

تكون قوى التماسك تحت سطح السائل أقوى حيث تنجذب الجزيئات لبعضها في جميع الاتجاهات، بينما ترتبط جزيئات السطح ببعضها بشدةٍ ولا تنجذب لأخرى غير مماثلةٍ لها كجزيئات الهواء المحيط مثلًا، وهذا ما يفسر ميل السوائل لتشكيل كرات، الشكل الهندسي الذي يؤمن لها أقل مساحةٍ لسطحها الخارجي، وتتحول إلى شكل قطرة الماء التقليدي عند تعرضها لقوى الجاذبية.

  • الالتصاق

يحدث عند وجود قوى تجاذب بين أنواعٍ مختلفةٍ من الجزيئات كالتصاقها بالجزيئات التي تكوّن الإناء الذي يحتويها، فترتفع بعض جزيئات السائل على حواف الإناء حيث يكون مستواها أعلى من مستوى سطح السائل في الإناء. إن مزيجًا من التماسك والتلاصق يسبب تقعرًا خفيفًا على سطح معظم السوائل، وأفضل طريقة لمعرفة حجم سائل ما بدقةٍ في أسطوانةٍ مدرجةٍ هي النظر إلى أسفل نقطةٍ يصل إليها التقعر، ويفسر التلاصق الخاصية الشعرية للسوائل (Capillary action) والتي تسمح بارتفاع السائل من أسفل إلى أعلى كعملية أخذ عينةٍ من الدم من طرف الإصبع.

  • اللزوجة

تعد اللزوجة مقياسًا لمقاومة السوائل للتدفق بحريةٍ، ويعتبر السائل أكثر لزوجةً كلما تباطأ جريانه، كما يكون أكثر سماكةً من السوائل قليلة اللزوجة، فالعسل مثلاً أكثر لزوجةً من الماء حيث يملك قوامًا أسمك وحركته أبطأ، ويمكن تخفيض اللزوجة بالحرارة التي تسبب زيادة سرعة جزيئات السائل مما يسمح للسائل بالحركة بسرعةٍ أكبر.

  • التبخر

تصطدم جزيئات السائل ببعضها وبحواف الإناء بسبب الحركة الدائمة لها مما يسبب نقل الطاقة من جزيءٍ لآخر، وعند انتقال مقدارٍ كافٍ من الطاقة لجزيءٍ ما على سطح السائل سيتمكن من تجاوز التوتر السطحي ونقلها لباقي السائل، وعند امتلاك جزيئات سطح السائل ما يكفي من الطاقة الحركية (kinetic energy) لتجاوز النظام يحدث التبخر، وبهروب الجزيئات الأسرع تبقى الجزيئات ذات الطاقة الحركية الأقل وتبدأ حرارة السائل بالانخفاض، وهو ما يُعرف بالتبريد التبخيري.

  • قابلية التطاير (التصعيد)

هي قابلية المادة للتبخر في درجة الحرارة الطبيعية، وعند انتقال المادة مباشرةً من الحالة الصلبة إلى الغازية دون المرور بالحالة السائلة يحدث التصعيد. عندما يتبخر سائلٌ ما داخل إناءٍ مغلقٍ لن تتمكن الجزيئات من الهروب، مما يدفع ببعض الجزيئات المتبخرة بملامسة السائل المتبقي من جديدٍ، وخسارتها للطاقة لتتكاثف مجددًا إلى سائل، وعند تساوي معدل التبخر والتكاثف لن يكون هناك انخفاض واضح في كمية السائل، وينتج عن هذا التوازن بين السائل والبخار في الإناء المغلق ما يدعى بالضغط البخاري، والذي يزداد بازدياد حرارة السائل داخل الإناء، وستتمكن المواد ذات الضغط البخاري العالي داخل الإناء المغلق من تكوين جزيئاتٍ غازيةٍ عالية التركيز فوق السائل، مما يمكن أن يسبب حريقًا في حال كان البخار قابلًا للاشتعال، فأيّ شرارةٍ صغيرةٍ حتى إن كان مصدرها الاحتكاك بين جزيئات السائل نفسها يمكن أن تشكل انفجارًا أو حريقًا هائلًا.4

المراجع