Жидкое состояние вещества

Жидкое состояние значительно труднее поддается теоретической трактовке по сравнению с газовым и твердым. Это определяется тем, что состояния (твердое и газовое) являются предельными для всякого вещества при достаточно низких (или высоких) температурах и достаточно высоких (или низких) давлениях. Жидкое состояние является промежуточным по своей природе. Естественно, что около критической точки жидкость близка по свойствам к газу, а при температуре, близкой к температуре плавления, к твердому телу. Это обстоятельство приводит к отсутствию идеальной модели жидкости, Для газа таковой является идеальный газ, для твердого тела - идеальный кристалл. И теории реальных газов, и теория твердых тел строятся как описания отклонений от идеальных состояний. Отсутствие идеальной модели жидкости приводит к трудности формулировки общей теории жидкости. Можно утверждать, что общей теории жидкости наравне с теорией газов и физикой твердого тела пока не создано. Такая теория должна объяснить равновесные термодинамические свойства жидкости, ее энтальпию, энтропию, уравнение состояния, температуру замерзания, поверхностное натяжение и т. п. В последние годы теория жидкостей достигла ряда серьезных успехов. Можно указать на три основных направления развития теории жидкости. К первому принадлежат концепции, развиваемые на основе какой-либо упрощенной модели жидкости. Такие модели не являются асимптотическими, т. е. строгими в какой-либо области параметров. Этим определяются сравнительно малые успехи модельных теорий, несмотря на то, что попытки их построения делались на протяжении многих десятков лет.

Второе направление является полуэмпирическим. Его цель состоит в том, чтобы связать различные опытные характеристики жидкостей. Наконец, третье направление заключается в полном статистическом расчете, в котором используются лишь данные об энергии взаимодействия молекул. Эти данные получают либо на основе учения о строении вещества, либо из результатов измерений каких-либо свойств жидкости. Успехи третьего направления в развитии теории жидкости существенно связаны с применением электронно-вычислительной техники для построения моделей жидкости и выбора основных опытных характеристик жидкости. Рассмотрим некоторые особенности жидкого состояния.

По величине внутренней энергии жидкость обычно значительно ближе к твердому телу, чем к газу. Теплота плавления составляет, как правило, лишь 10 % от теплоты испарения. Изменение объема при плавлении также невелико (для металлов 3 %). Теплоемкость жидкости вблизи температур плавления близка к теплоемкости твердого тела.

Основное (макроскопическое) отличие жидкости от твердого тела - изотропность ее свойств. Это проявляется, в частности, в том, что жидкость в отличие от твердого (кристаллического) тела не имеет определенной формы.

К настоящему времени создано несколько эмпирических моделей строения жидкости. Все эти модели можно разделить на две группы. К первой относятся модели, в которых жидкость рассматривается, как рыхлое твердое тело. Ко второй - модели, в которых жидкость рассматривается, как "сгущенный" газ со взаимодействующими частицами. Такое положение привело к тому, что, описывая свойства жидкостей, мы постоянно будем смешивать термины того и другого подхода. С одной стороны мы будем говорить о том, что шлаки - это типичные ионные жидкости, с другой стороны - описывая взаимодействия в шлаках, мы будем использовать химические реакции с молекулами.

Эта двойственность вряд ли будет преодолена до тех пор, пока не будет создана единая теория строения жидкости.