ของเหลว (Liquid)

ของเหลว (อังกฤษ: Liquid) เป็น สถานะ ของ ของไหล ซึ่ง ปริมาตร จะถูกจำกัดภายใต้สภาวะคงที่ของ อุณหภูมิ และ ความดัน และรูปร่างของมันจะถูกกำหนดโดยภาชนะที่บรรจุมันอยู่ ยิ่งไปกว่านั้นของเหลวยังออกแรงกดดันต่อภาชนะด้านข้างและบางสิ่งบางอย่างในตัวของของเหลวเอง ความกดดันนี้จะถูกส่งผ่านไปทุกทิศทาง

ถ้าของเหลวอยู่ในระเบียบของสนามแรงโน้มถ่วง ความดัน pที่จุดใดๆ สามารถแสดงเป็นสูตรทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้

p=\rho gz \,

ที่ซึ่ง \rho เป็น ความหนาแน่น ของของเหลว (ซึ่งกำหนดให้คงที่) และ z คือความลึก ณ จุดใต้พื้นผิวของเหลวนั้น สังเกตว่าในสูตรนี้กำหนดให้ความดันที่ผิวบนเท่ากับ 0 และไม่ต้องคำนึงถึง ความตึงผิวของเหลวมีลักษณะเฉพาะของ แรงตึงผิว (surface tension) และ แรงยกตัว (capillarity) โดยทั่วไปของเหลวจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อนและหดตัวเมื่อถูกความเย็น วัตถุที่จมอยู่ในของเหลวจะมีปรากฏการณ์ที่เรียกว่า แรงลอยตัว (buoyancy)

ของเหลวเมื่อได้รับความร้อนจนถึง จุดเดือด จะเปลี่ยนสถานะเป็น ก๊าซ และเมื่อทำให้เย็นจนถึง จุดเยือกแข็งมันก็จะเปลี่ยนสถานะเป็น ของแข็ง โดยการกลั่นแยกส่วน (fractional distillation) ของเหลวจะถูกแยกจากกันและกันโดย การระเหย (vaporization) ที่ จุดเดือด ของของเหลวแต่ละชนิด การเกาะติด (Cohesion) ระหว่าง โมเลกุล ของของเหลวจะไม่เพียงพอที่จะป้องกันจาก การระเหย จากผิวของมันได้

เป็นที่น่าสังเกตว่า แก้ว ที่อุณหภูมิปกติมันจะไม่เป็น “ของเหลวเย็นยิ่งยวด” (supercooled liquid) แต่มันจะเป็นของแข็ง

สมบัติของของเหลว

ของเหลวมีสมบัติทั่วไปดังนี้

1.  มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยกว่าของแข็ง

2.  มีการจัดเรียงอนุภาคไม่เป็นระเบียบ และมีที่ว่างระหว่างอนุภาคเล็กน้อย ทำให้อนุภาคของของเหลวมีอิสระในการเคลื่อนที่ได้มากกว่าของแข็ง แต่ไม่แยกจากกัน ของเหลวจึงไหลได้

3.  รูปร่างของของเหลวจะเปลี่ยนไปตามภาชนะที่บรรจุ และมีปริมาตรคงที่ที่อุณหภูมิและความดันคงที่

4. ของเหลวสามารถแพร่ได้  ถ้านำของเหลว 2 ชนิดมาผสมกัน เช่น หยดน้ำหมึกลงในแก้วน้ำ ในตอนแรกจะสังเกตเห็นว่าเฉพาะน้ำรอบ ๆ หยดน้ำหมึกจะกลายเป็นสีของหมึก เมื่อเวลาผ่านไประยะเลาหนึ่งน้ำที่มีสีของน้ำหมึกจะมีขอบเขตกว้างขึ้น และในที่สุดน้ำทั่วทั้งภาชนะจะมีสีเดียวกับสีน้ำหมึก ที่เป็นเช่นนี้เพราะโมเลกุลของน้ำหมึกแพร่กระจายปะปนไปกับโมเลกุลของน้ำ นั่นคือ ของเหลวสารมารถแพร่ได้

ความตึงผิว

 ของเหลวประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมาก และอนุภาคเหล่านั้นมีแรงยึดเหนี่ยวซึ่งกันและกัน โมเลกุลของของเหลวที่อยู่ตรงกลางจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลข้างเคียงและดึงดูดกันทุกทิศทาง แต่โมเลกุลที่ผิวหน้าจะดึงดูดกับโมเลกุลข้างเคียงที่อยู่ด้านข้างและด้านล่างเท่านั้น ผลรวมของแรงจึงมีทิศทางลงสู่ด้านล่างเท่านั้น แรงที่ดึงผิวของของเหลวเข้ามาภายในเพื่อทำให้พื้นที่ของของเหลวเหลือน้อยที่สุดเรียกว่า แรงดึงผิว (Tension forces)

  • แรงดึงผิว (Tension forces) หมายถึงแรงที่ดึงผิวของของเหลวเข้ามาภายในเพื่อทำให้พื้นที่ของของเหลวเหลือน้อยที่สุด

  • ความตึงผิว หมายถึงงานที่ต้องใช้ในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลว 1 หน่วย

ข้อสรุปเกี่ยวกับแรงดึงผิว 

1. แรงดึงผิวของของเหลวจะทำให้ของเหลวปริมาณน้อย ๆ มีรูปร่างค่อนข้างเป็นทรงกลม เพราะว่าในปริมาตรที่กำหนดให้รูปทรงกลมมีพื้นที่ผิวน้อยที่สุด และทำผิวของของเหลวถูกดึงจนตึง เปรียบเสมือนแผ่นยางยืดบาง ๆ ปกคลุมของเหลวไว้ ดังนั้นจึงเห็นแมลงบางชนิดสามารถเดินบนผิวน้ำได้ หรือหยดน้ำบนใบไม้ที่มีผิวหน้าเป็นมันหรือวัสดุผิวเรียบเป็นมันจะรักษารูปทรงในลักษณะค่อนข้างกลม เพราะว่าน้ำมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่แข็งแรง และมีแรงดึงผิวมาก

2. แรงโน้มถ่วงของโลกจะมีผลทำให้หยดน้ำแบนลงหรือกระจายออก สำหรับของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคภายในที่แข็งแรง ของเหลวนั้นจะมีแรงดึงผิวมาก และรักษารูปทรงที่มีลักษณะค่อนข้างกลมได้มากกว่าของเหลวที่มีแรงดึงผิวน้อย ของเหลวต่างชนิดกันจะมีแรงดึงผิวต่างกันเมื่ออยู่บนวัสดุชนิดเดียวกัน จึงรักษารูปทรงได้แตกต่างกัน3. ถ้ามีการเพิ่มพื้นที่ผิวของของเหลว โมเลกุลที่อยู่ด้านในของของเหลวจะต้องเคลื่อนที่ออกมายังพื้นผิวของของเหลว โมเลกุลเหล่านี้ต้องใช้พลังงานเพื่อเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่อยู่รอบข้าง งานที่ต้องใช้ในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลว 1 หน่วย เรียกว่า ความตึงผิว

 ความตึงผิวของของเหลวจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลในของเหลว ถ้าของเหลวใดมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูง ความตึงผิวจะมีค่าสูงด้วย ความตึงผิวของของเหลวบางชนิดดังข้อมูลในตาราง

ตารางแสดงความตึงผิวของของเหลวบางชนิดที่อุณหภูมิ 25oC

ปัจจัยที่มีผลต่อแรงดึงผิว

1. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลกับความตึงผิว ของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคแข็งแรง จะมีแรงดึงผิวมาก และทำให้มีความตึงผิวมากด้วย ปรอทมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคเป็นพันธะโลหะซึ่งมีความแข็งแรงมาก ความตึงผิวของปรอทจึงมีค่าสูงไดเอทิลอีเทอร์ – มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเป็นแรงลอนดอน ซึ่งมีความแข็งแรงน้อย ความตึงผิวจึงมีค่าน้อยน้ำ – เป็นของเหลวที่มีความตึงผิวมาก เนื่องจากมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเป็นพันธะไฮโดรเจน น้ำจึงสามารถอยู่ในลักษณะเป็นหยดอยู่บนผิวหน้าของวัตถุบางชนิดได้ค่อนข้างมากกว่าของเหลวชนิดอื่น

2. อุณหภูมิกับความตึงผิว อุณหภูมิมีผลต่อความตึงผิวของของเหลว เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป ความตึงผิวของของเหลวจะเปลี่ยนไปด้วย เช่น น้ำ ความตึงผิวจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของน้ำเพิ่มขึ้นการเติมสารบางชนิดลงในน้ำ  เช่น  เติมน้ำสบู่ หรือเติมเกลือลงในน้ำจะทำให้ความตึงผิวเปลี่ยนแปลงด้วย

ความดันไอกับจุดเดือดของของเหลว

  เมื่อบรรจุของเหลวในภาชนะเปิดและตั้งทิ้งไว้ระยะเวลาหนึ่ง ของเหลวจะระเหยกลาย เป็นไอไปได้เรื่อย ๆ แต่ถ้าบรรจุของเหลวในภาชนะปิด ณ อุณหภูมิเดียวกัน โมเลกุลของของเหลวที่ระเหยกลายเป็นไอจะยังคงอยู่ในที่ว่างเหนือของเหลว โมเลกุลที่อยู่ในรูปของไอจะเกิดการชนกันเองหรือชนผนังภาชนะ การที่โมเลกุลของไอจำนวนมากชนกับผนังภาชนะตลอดเวลาทำให้เกิดแรงกระทำต่อภาชนะ หรือมีความดันเกิดขึ้นในภาชนะ ในขณะที่ของเหลวกลายเป็นไอ ปริมาตรของของเหลวจะลดลง แต่ปริมาตรของไอจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้ดันของไอเหนือของเหลวเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในขณะเดียวกันไอบางส่วนก็จะเปลี่ยนสถานะกลับเป็นของเหลวได้อีก ในตอนเริ่มต้นอัตราการเปลี่ยนจากไอเป็นของเหลวจะช้า แต่จะมีอัตราเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อจำนวนโมเลกุลของไอเพิ่มขึ้นมากขึ้น การเปลี่ยนสถานะกลับไปมาระหว่างของเหลวกับไอเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งอัตราการเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอเท่ากับอัตราการเปลี่ยนจากไอเป็นของเหลว ซึ่งเป็นผลทำให้จำนวนโมเลกุลที่กลายเป็นไอเท่ากับจำนวนโมเลกุลที่ควบแน่นเป็นของเหลว ซึ่งขณะนี้ปริมาตรและความดันไอของของเหลวจะคงที่ ความดันของไอเหนือของเหลวขณะที่มีอัตราการระเหยเท่ากับอัตราการควบแน่นนี้เรียกว่า ความดันไอของของเหลว (Vapour pressure)

ปัจจัยที่มีผลต่อความดันไอของของเหลว

1. อุณหภูมิ

 ความดันไอของของเหลว ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เมื่อของเหลวมีอุณหภูมิสูงขึ้น ความดันไอของของเหลวจะสูงขึ้นด้วย และการทำให้ของเหลวมีความดันไอเท่ากันจะใช้อุณหภูมิไม่เท่ากัน

 จุดเดือดของของเหลวคืออุณหภูมิที่ของเหลวมีความดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศ ดังนั้น จุดเดือดของอีเทอร์ แอซีโตน แอลกอฮอล์ และน้ำคือ 34.6 oC , 56.5 oC , 78.4 oC   และ 100 oC โดยนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดให้จุดเดือดของของเหลววัดที่ความดัน 1 บรรยากาศ และเรียกว่า “จุดเดือดปกติ” และจุดเดือดของของเหลวที่ความดันค่าอื่น ๆ จะมีค่าแตกต่างกัน

 ความดันไอของของเหลวมีความสัมพันธ์กับจุดเดือด นอกจากนี้ ณ อุณหภูมิต่างกัน ความดันไอของของเหลวชนิดหนึ่งจะมีค่าแตกต่างกัน นั่นคือที่อุณหภูมิสูงความดันไอของของเหลวจะมีค่าสูงกว่าที่อุณหภูมิต่ำ เนื่องจากโมเลกุลมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น โมเลกุลจึงมีโอกาสเป็นไอได้มากขึ้น

2. แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว

 เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลในของเหลวมีหลายชนิด และมีความแข็งแรงแตกต่างกัน เช่น แรงลอนดอน แรงดึงดูดระหว่างขั้ว พันธะไฮโดรเจน ของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคแข็งแรงน้อยจะกลายเป็นไอได้ง่าย มีความดันไอสูง และมีจุดเดือดต่ำ เช่น อีเทอร์ แอซีโตน ส่วนของเหลวที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคแข็งแรงมากจะกลายเป็นไอได้ยาก มีความดันไอต่ำ และจุดเดือดสูง เช่น น้ำ

3. การถ่ายเทอากาศ

 การที่อยู่ในที่ที่มีการถ่ายเทอากาศได้ดีหรือมีลมพัดผ่านจะช่วยให้เกิดการระเหยได้ดี เช่น เหงื่อบนร่างกาย เพราะการเคลื่อนที่ของอากาศทำให้โมเลกุลของไอบริเวณเหนือของเหลวเกิดการเคลื่อนที่ และลดจำนวนโมเลกุลของไอบริเวณผิวหน้าของของเหลว เป็นผลให้โมเลกุลของของเหลวบริเวณผิวหน้ากลายเป็นไอได้มากขึ้นหรือระเหยได้เร็วขึ้น ขณะที่เหงื่อระเหยจะดึงความร้อนจากผิวหนังจึงทำให้รู้สึกเย็น

ที่มา: http://www.promma.ac.th/main/chemistry/solid_liquid_gas/Surface_tension.htm

Advertisements
ใส่ความเห็น

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s