Հեղուկ

Հեղուկ, նյութի պինդ և գազային վիճակների միջանկյալ կոնդենսացված ագրեգատային վիճակ, նյութի երեք հիմնական ագրեգատային վիճակներից մեկը։ Օժտված է ինչպես պինդ մարմինների, այնպես էլ գազերի առանձին հատկություններով։ Ունի նաև միայն իրեն բնորոշ հատկություններ, որոնցից ամենաբնութագրականը հոսունությունն է։

Ֆիզիկական հատկությունները

Հեղուկները պահպանում են իրենց ծավալը, ունեն ազատ մակերևույթ, սակայն չեն պահպանում ձևը։ Նյութը հեղուկ վիճակում է գտնվում եռակի կետում ունեցած ճնշումից բարձր ճնշումների դեպքում և բյուրեղացման ջերմաստիճանից մինչև եռման ջերմաստիճանն ընկած տիրույթում։ Հեղուկները գազերից տարբերող կարևոր առանձնահատկություններից մեկը ուժեղ միջմոլեկուլային փոխազդեցությունն է, որով պայմանավորված են հեղուկի մոլեկուլային ճնշումը և դրա հետ կապված մակերևութային լարվածությունը։ Վերջինիս շնորհիվ հեղուկը ձգտում է ընդունել այնպիսի ձև, որն ապահովում է նվազագույն մակերևույթ (տվյալ ծավալի դեպքում)։ Օրինակ, արտաքին ուժերի բացակայության դեպքում (անկշռություն) հեղուկը ընդունում է գնդի ձև։ Մակերևութային լարվածության ազդեցությունը հեղուկի ազատ մակերևույթի հավասարակշռության և շարժման վրա վերաբերում է մազական երևույթների բնագավառին։ Հեղուկներին հատուկ է մածուցիկությունը, որը տարբեր հեղուկների համար տարբեր է և աճում է ջերմաստիճանի նվազման հետ։ Համակարգի վիճակը որոշող ֆիզիկական պայմաններից (ջերմաստիճան, ճնշում ևն) բացի բնութագրական պարամետր է նաև մոլեկուլի միջին պոտենցիալ և կինետիկ էներգիաների հարաբերությունը, որը հեղուկների համար մոտավորապես հավասար է 1-ի։

Կառուցվածք

Հեղուկի կառուցվածքը և ֆիզիկական հատկությունները կախված են այն կազմող մասնիկների քիմիական առանձնահատկություններից և նրանց միջև գործող ուժերի ինտենսիվությունից ու բնույթից։ Ըստ քիմիական բաղադրության տարբերում են միաբաղադրիչ կամ մաքուր հեղուկներ և երկբաղադրիչ կամ բազմաբաղադրիչ հեղուկ-խառնուրդներ (լուծույթներ)։ Ըստ ֆիզիկական բնույթի լինում են նորմալ (պարզ) հեղուկներ, խիստ արտահայտված անիզոտրոպությամբ հեղուկ բյուրեղներ և քվանտային հեղուկներ (հեղուկ ${}_{}^{4}{\textrm {He}},_{}^{3}{\textrm {He}}$ և դրանց խառնուրդները), որոնք շատ ցածր ջերմաստիճաններում օժտված են քվանտային հատկություններով։ Նորմալ մաքուր հեղուկներն ունեն միայն մեկ հեղուկ ֆազ։ $_{}^{4}{\textrm {He}}$ կարող է գտնվել երկու հեղուկ ֆազերում՝ նորմալ և գերհոսուն, իսկ հեղուկ բյուրեղային նյութերը՝ նորմալ և մեկ կամ երկու անիզոտրոպ ֆազերում։ Բոլոր նորմալ հեղուկները արտաքին ներգործությունների բացակայության դեպքում օժտված են մակրոսկոպիկ համասեռությամբ և իզոտրոպությամբ։ Այդ հատկություններով հեղուկները նմանվում են գազերին, սակայն խիստ տարբերվում են անիզոտրոպ բյուրեղային պինդ մարմիններից։ Մաքուր հեղուկի էլեկտրահաղորդականությունը սովորաբար փոքր է, բացառությամբ հեղուկ մետաղների և էլեկտրոլիտների։ Դիէլեկտրիկ թափանցելիության մեծությունը կախված է հեղուկի կառուցվածքից և մոլեկուլների բևեռայնությունից։ Ժամանակակից տեսանկյունից ամորֆ պինդ մարմինները (օրինակ, ապակին) գերսառեցված հեղուկներ են և սովորական հեղուկներից տարբերվում են միայն կինետիկ բնութագրերի թվային արժեքներով։ Յուրաքանչյուր հեղուկ բնորոշվում է կրիտիկական ջերմաստիճանով, որից բարձր այն չի կարող հավասարակշռության մեջ գտնվել սեփական գոլորշու հետ։

Բնության մեջ ամենատարածված հեղուկը ջուրն է, որի ֆիզիկական հատկություններն արտահայտվում են զգալի անոմալիաներով։ Դրանք կապված են ջրի մոլեկուլի կառուցվածքի, ինչպես նաև հեղուկ և բյուրեղային (սառույց) վիճակում միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների հետ։ Ռենտգենյան ճառագայթների, նեյտրոնների և էլեկտրոնների ցրման ուսումնասիրությունը հաստատում է հեղուկի յուրատիպ մոլեկուլային կառուցվածքը։ Հեղուկի յուրաքանչյուր մոլեկուլի շուրջը հարևան մոլեկուլները դասավորվում են որոշակի կարգով, այսինքն՝ հեղուկում գոյություն ունի մերձավոր կարգ։ Հեղուկի և բյուրեղների միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերն ունեն նույն բնույթը և մոտավորապես նույն մեծությունը։ Հեղուկում մոլեկուլների տեղաշարժը կատարվում է թռիչքներով, որոնցով և պայմանավորված է հեղուկի հոսունությունը (թռիչքի երկարությունը մոլեկուլների միջին հեռավորության կարգի է՝ $0,1$ նմ)։ Թռիչքի պարբերության $(\tau )$ միջին արժեքը կոչվում է մոլեկուլի «նստակյաց կյանքի» միջին ժամանակ։ Այն կախված է հեղուկի բնույթից և շատ արագ նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Թերմոդինամիկական հատկությունների ֆենոմենոլոգիական նկարագիրը պարունակվում է վիճակի $p=f(T,V)$ հավասարման մեջ, որը կապ է հաստատում $p$ ճնշման, $T$ ջերմաստիճանի և $V$ տեսակարար ծավալի միջև։ Բացի վիճակի խիստ հավասարումներից կան նաև բազմաթիվ կիսաէմպիրիկ հավասարումներ, որոնցից պարզագույնը Վան–դեր–Վալսի հավասարումն է։ Վիճակագրական տեսության մեջ, որտեղ հեղուկը դիտվում է իբրև մեծ թվով փոխազդող մասնիկներից բաղկացած համակարգ, հիմնական խնդիրը հանգում է վիճակի հավասարումը գտնելուն։ Ստեղծվել է նաև հեղուկների տեսության մի այլ ուղղություն, որը հիմնված է հաշվողական մեքենաների օգնությամբ մոլեկուլների ջերմային շարժման մոդելավորման վրա։ Այդ մեթոդով ստացվել են ճշգրիտ տեսական արդյունքներ պարզ ոչ մետաղական հեղուկների կառուցվածքի և թերմոդինամիկական հատկությունների վերաբերյալ։

Հեղուկների խտությունը զգալիորեն գերազանցում է գազերի խտությունը։ Պատճառն այն է որ հեղուկների մոլեկուլները համեմատաբար շատ մոտ են, որն էապես ազդում է մոլեկուլների շարժման վրա։ Քանի որ, հեղուկների մոլեկուլները իրար շատ մոտ են, ապա դրանց ավելի մոտեցնելը հանգեցնում է մոլեկուլների էլեկտրոնային թաղանթի վերադրման և հզոր վանողության ուժերի ի հայտ գալուն։

Օրինակներ

Քիմիական տարրերից միայն երկուսն են ճնշման և ջերմաստիճանի ստանդարտ պայմաններում հեղում վիճակում՝ սնդիկ և բրոմ։ Տարրերից չորսի՝ ֆրանսիումի, ցեզիումի, գալիումի և ռուբիդիում, հալման ջերմաստիճանը մոտ է սենյակային պայմաններին։

Տես նաև

• Իդեալական հեղուկ
• Մածուցիկություն
• Գերհոսունություն
• Ամորֆ վիճակ
• Կրիտիկական վիճակ

Արտաքին հղումներ

Վիքիբառարան

Ընթերցե՛ք «հեղուկ» բառի բացատրությունը Հայերեն Վիքիբառարանում։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 6, էջ 347)։