Що таке рідина?


В якості короткого визначення рідини можна написати наступне: "Рідина — проміжний стан між кристалом і газом".

У кристалічних речовинах - чітко виражена структура (тобто положення частинок, складових кристал, відносно один одного), в газі структура абсолютно відсутня, а рідина в цьому плані займає проміжне становище.





У кристалах молекули сильно взаємодіють одна з одною, в газах це взаємодія настільки мала, що нею часто можна знехтувати, рідини ж по енергії міжмолекулярної взаємодії займають проміжне положення між кристалами і газами.

Будова кристала (повна упорядкованість) і газу (повний безлад) учені уявляли собі досить чітко чи не в античні часи.

А з рідинами справа застопорилася.
Установити, що вони займають проміжне положення між кристалами і газами, було нескладно - цей факт лежав, так би мовити, на поверхні.

А пірнути вглиб виявилося справою непростою.

Тільки XX століття (і навіть не перші його десятиліття) внесло деяку, втім, досить відносну ясність у питання, що таке рідина.

Однією з найбільш типових ознак кристалічної речовини є строго певна форма, яку вона без зовнішніх впливів не змінює. Рідина слухняно приймає форму тої судини, в який вона розміщена, причому рідина прагне зайняти якомога менший об'єм.

Газ же, наданий сам собі, нестримно прагне розбігтися, тобто збільшити об'єм.

У газі, рідині і в кристалі молекули безупинно рухаються. Характер цього руху самим визначальним чином пов'язаний з агрегатним станом, в якому знаходиться речовина.

Частинки, що утворюють кристал, не мають ніякого поступального руху, вони тільки, подібно до маятника, коливаються відносно якогось положення рівноваги.

У газі, навпаки, молекули рухаються вельми привільно.
Довжина вільного пробігу молекули газу (тобто середня протяжність пробігу молекули до зіткнення її з іншою молекулою) складає цілих 10-4 мм, одну десятитисячну частку міліметра.

Линннземэпл п ъот отжоотт о ото. О. Т Це дуже багато.

Адже 10-4 мм приблизно в тисячу разів більше діаметру молекули.

У рідині ж молекули можуть пересуватися хіба тільки на один "крок" - на відстань, рівну діаметру молекули (10-7 мм).

Знайомство з літературою, присвяченій будовою рідини, швидко виявляє, що існують точки зору, які, здається, виключають один одного.


В одних статтях і книгах пишуть, що рідина - це майже що кристал: така ж сувора структура і енергія взаємодії між частинками, молекулами, вельми близько наближається до енергії взаємодії між частками в кристалах, але значно перевищує енергію взаємодії в газі.

Автори інших наукових робіт відстоюють точку зору, згідно з якою рідини своїми родинними узами пов'язані зовсім не з кристалами, а з газами.


Дійсно, частки в рідини рухаються майже так само хаотично, як і в газі.


А при досить високій температурі (своєї для кожної речовини), званої критичної, і зовсім зникає різниця між газом і рідиною.

Хто ж правий? Мають рацію всі.


При температурах, близьких до температури замерзання, рідина по своїх властивостях наближається до кристалу; при температурах, близьких до температури кипіння, - до газу.


Але як би то не було, рідина - не хаос.

І це з очевидністю довели експерименти з розсіювання рідинами рентгенівських променів.


Якщо у зразку досліджуваної речовини молекули орієнтовані як попало, хаотично, то вони будуть розсіювати спрямовані на них рентгенівські промені теж як попало: в розсіяному випромінюванні НЕ будуть спостерігатися ніякі закономірності. У розсіянні рентгенівських променів від газу, зрозуміло, ніяких закономірностей не виявляється.

У разі ж кристалів закономірності розсіяння, і це теж зрозуміло, проявляються дуже чітко.


Ці закономірності тісно пов'язані з будовою кристала.


Саме тому рентгенографія стала потужним засобом вивчення кристалів.

У розсіяному від молекул рідини рентгенівському випромінюванні закономірності виявляються не так чітко, як у кристалів, але досить чітко, у всякому разі, для того щоб говорити про закономірності в будові рідини.


Вивченням розсіяння рентгенівських променів рідинами багато займався радянський фізик В. І. Данилов, який починаючи з 30-х років послідовно вивчав за допомогою рентгенографії структуру багатьох типів рідини.

У науковій літературі, присвяченій рідин, часто можна зустріти терміни "ближній порядок" і "далекий порядок".


Кристали являють собою приклад далекого порядку.


Дійсно, на будь-якому віддаленні від будь-якої структурного осередку кристала можна зустріти точно таку ж комірку.
Не те в рідині.


Правильна впорядкованість зберігається лише на дуже малих відстанях, порівнянних з діаметром молекули.


Ось чому порядок в рідині - ближній.


Ну а в газі, як зрозуміло, немає ніякого порядку - ні ближнього, ні тим більше далекого.