สมบัติของของเหลว

ความตึงผิว (surface tension)

      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 จึงรักษารูปทรงได้แตกต่างกัน

3. ถ้ามีการเพิ่มพื้นที่ผิวของของเหลว โมเลกุลที่อยู่ด้านในของของเหลวจะต้องเคลื่อนที่ออกมายังพื้นผิวของของเหลว โมเลกุลเหล่านี้ต้องใช้พลังงานเพื่อเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่อยู่รอบข้าง งานที่ต้องใช้ในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลว 1 หน่วย เรียกว่า ความตึงผิว

ความตึงผิวของของเหลวจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลในของเหลว ถ้าของเหลวใดมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูง ความตึงผิวจะมีค่าสูงด้วย ความตึงผิวของของเหลวบางชนิดดังข้อมูลในตาราง

ตารางแสดงความตึงผิวของของเหลวบางชนิดที่อุณหภูมิ 25^OC

ของเหลว	สูตร	ความตึงผิว (N/m)
ปรอท	Hg	0.4855
น้ำ	H3O	0.0720
เบนซีน	C6H6	0.0282
เอทานอล	C H3CH2OH	0.0220
เฮกเซน	C6H14	0.0179
ไดเอทิลอีเทอร์	CH3CH2OCH2CH3	0.0167

 ดูในรูปแบบง่ายๆ

การระเหย (Evaporation)
     หมายถึงการที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะไปเป็นไอสารในสถานะของเหลวมีการจัดเรียงอนุภาคไม่เป็นระเบียบ และมีช่องว่างอยู่ทั่วไป โมเลกุลของของเหลวจึงเคลื่อนที่ได้เล็กน้อย ทำให้เกิดการชนกันเองหรือชนกับผนังภาชนะ แล้วมีการถ่ายโอนพลังงานให้แก่กัน ทำให้บางโมเลกุลของของเหลวมีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้น และบางโมเลกุลมีพลังงานจลน์ลดลง ถ้าโมเลกุลที่มีพลังงานจลน์เพิ่มขึ้นอยู่บริเวณผิวหน้าของของเหลว หรือสามารถเคลื่อนที่มาอยู่ผิวหน้าของของเหลวได้ และมีพลังงานสูงมากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล โมเลกุลเหล่านั้นจะหลุดออกจากผิวหน้าของของเหลวกลายเป็นไอไปเรื่อย ๆ การที่ของเหลวเปลี่ยนสถานะไปเป็นไอเรียกว่าการระเหย ขณะที่ของเหลวเกิดการระเหยจะดึงพลังงานส่วนหนึ่งไปใช้ในการเปลี่ยนสถานะ ทำให้อุณหภูมิของของเหลวลดลง ของเหลวจึง

ดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อมเข้ามาแทนที่พลังงานส่วนที่เสียไป

 

ปัจจัยที่มีผลต่อการระเหย
1. อุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิสูงการระเหยจะเกิดได้เร็วขึ้น เช่น ตากผ้าไว้ในที่มีแดดจัดผ้าจะแห้งได้เร็วกว่าผ้าที่ตากไว้ในร่ม เนื่องจากความร้อนหรืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมีผลให้พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลของน้ำเพิ่มขึ้น ทำให้โมเลกุลของน้ำที่มีพลังงานจลน์สูงพอที่จะเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมีมากขึ้น การระเหยของน้ำจึงเกิดได้เร็วขึ้น

2. พื้นที่ผิว การเพิ่มพื้นที่ผิวหน้าของของเหลวทำให้เกิดการระเหยได้เร็วขึ้น เพราะว่าเป็นการเพิ่มจำนวนโมเลกุลของของเหลวที่มีโอกาสหลุดออกจากผิวหน้าของของเหลวได้มากขึ้น เช่น ถ้าใส่ของเหลวลงในภาชนะปากกว้างจะระเหยได้เร็วกว่าในภาชนะปากแคบ

3. การถ่ายเทอากาศ การที่อยู่ในที่ที่มีการถ่ายเทอากาศได้ดีหรือมีลมพัดผ่านจะช่วยให้เกิดการระเหยได้ดี เช่น เหงื่อบนร่างกาย เพราะการเคลื่อนที่ของอากาศทำให้โมเลกุลของไอบริเวณเหนือของเหลวเกิดการเคลื่อนที่ และลดจำนวนโมเลกุลของไอบริเวณผิวหน้าของของเหลว เป็นผลให้โมเลกุลของของเหลวบริเวณผิวหน้ากลายเป็นไอได้มากขึ้นหรือระเหยได้เร็วขึ้น ขณะที่เหงื่อระเหยจะดึงความร้อนจากผิวหนังจึงทำให้รู้สึกเย็น

วัฏจักรของน้ำต้องใช้กระบวนการระเหย

 

 

ดูในรูปแบบง่าย

 

 

 

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)

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับจุดเดือด

ปัจจัยที่มีผลต่อความดันไอของของเหลว

1. อุณหภูมิ

          ความดันไอของของเหลว ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เมื่อของเหลวมีอุณหภูมิสูงขึ้น ความดันไอของของเหลวจะสูงขึ้นด้วย และการทำให้ของเหลวมีความดันไอเท่ากันจะใช้อุณหภูมิไม่เท่ากันจุดเดือดของของเหลวคืออุณหภูมิที่ของเหลวมีความดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศ 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

ความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอกับอุณหภูมิ

                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

 ดูในรูปแบบง่าย