2.8. Природа рідин

Якщо кристали йоду нагріти до 114 °C, вони плавляться, утворюючи рідкий йод. Температура, при якій кристали і рідина перебувають у рівновазі, тобто при якій не виявляється тенденції до плавлення кристалів чи кристалізації рідини, називається температурою плавлення даних кристалів або температурою тверднення (замерзання) рідини. Для йоду ця температура дорівнює 114 °C.

Рідкий йод відрізняється від твердого (кристалічного) головним чином своєю плинністю. Подібно до газу, рідина набуває форми посудини, в якій перебуває. Водночас, на відміну від газу, вона, як і тверде тіло, має певний об'єм — 1 г рідкого йоду займає об'єм близько 0,2 см³.

З погляду молекулярної будови процес плавлення можна описати таким чином. При нагріванні кристала рух його молекул посилюється і стає дедалі енергійнішим; однак при порівняно низьких температурах цей тепловий рух не призводить до того, що та чи інша молекула значно віддаляється від певного положення, яке зумовлене для неї взаємним розташуванням сусідніх молекул у кристалі. При температурі плавлення молекулярний рух нарешті стає настільки енергійним, що призводить до ковзання молекул одна відносно одної і до зміни в тій чи іншій мірі їхнього відносного положення. Вони продовжують залишатися поблизу одна від одної, але вже не займають правильно фіксованого положення; натомість взаємне розташування молекул безперервно змінюється, подеколи сильно нагадуючи найщільнішу упаковку в кристалі, при якій кожна молекула має дванадцять найближчих сусідніх молекул, а подеколи значно відрізняючись від такої будови, причому тоді молекула має лише десять, дев'ять або вісім найближчих сусідніх молекул, як це показано на рис. 2.11. Таким чином, у рідині, як і в кристалі, молекули перебувають доволі близько одна до одної; однак якщо кристал характеризується правильним розташуванням атомів або молекул, то рідина характеризується невпорядкованістю структури. Невпорядкованість структури зазвичай призводить до того, що густина рідини дещо менша за густину відповідного кристала; іншими словами, об'єм, який займає рідина, зазвичай дещо перевищує об'єм, який займає кристал. 

Рідина, подібно до кристала, при будь-якій температурі перебуває в рівновазі зі своєю парою, якщо концентрація пароподібних молекул досягає певного значення. Тиск, що відповідає цій концентрації молекул у газоподібному стані, називається тиском насиченої пари рідини при даній температурі.

Тиск пари будь-якої рідини підвищується з підвищенням температури. Температура, при якій він досягає стандартного значення (звичайно 1 атм), називається температурою кипіння (нормальною температурою кипіння) даної рідини. При цій температурі в рідині можуть виникати пухирці пари, які піднімаються до поверхні.

Тиск насиченої пари рідкого йоду стає рівним 1 атм при 184 °C. Отже, 184 °C і є температура кипіння йоду.

Інші речовини при нагріванні зазнають аналогічних змін. Мідь при температурі плавлення (1083 °C) перетворюється на рідину, для якої характерне таке саме невпорядковане розташування атомів Купруму, яке характерне для розташування молекул у рідкому йоді. При тиску 1 атм мідь кипить при 2310 °C і перетворюється на газоподібну мідь; частинки газоподібної міді є окремими атомами Купруму.

Слід звернути увагу на те, що газоподібні частинки зазвичай прийнято називати молекулами, хоча кожна з них може бути лише окремим атомом, як у випадку міді.

Дослідним шляхом було встановлено, що тиск насиченої пари над кристалами й рідинами зростає з підвищенням температури. Криві, що показують температурну залежність тиску пари кристалічного та рідкого йоду, наведено на рис. 2.16.

Рис. 2.16. Графік температурної залежності тиску насиченої пари кристалічного та рідкого йоду. Температура плавлення кристалічного йоду — температура, при якій кристали і рідина мають однаковий тиск пари; температура кипіння рідини (при тиску 1 атм) — температура, при якій тиск насиченої пари даної рідини дорівнює 1 атм.