الخواص الفيزيائية للسوائل

2011 حالات المادة

آلان بي گوب

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكيمياء

لابدّ وأنك لاحظت أثناء صب العسل بطء انسيابه مقارنة بتدفق الماء؛ لأن العسل سائل كثيف. ويستخدم مصطلح «اللزوجة» لوصف كيفية انصباب السائل، وتشير هذه الكلمة إلى مقاومة السائل للتدفق، فالعسل له نسبة لزوجة عالية، بينما تكون لزوجة الماء منخفضة. لذلك نلاحظ تدفق الماء

بسهولة وانسياب، على عكس العسل. إن سبب لزوجة السائل يرجع إلى قوى التجاذب الموجودة بين جزيئاته. فإذا كانت هذه القوى شديدة، أصبح من الصعوبة بمكان على الجزيئات أن تتحرك نحو بعضها، وتصبح لزوجة السائل في مثل هذه الحالة عالية.كما تتأثر اللزوجة بدرجة الحرارة. فعند درجات الحرارة المرتفعة، تزيد طاقة الجزيئات وتصبح بفعل هذه الطاقة قادرة على التغلب على بعض قوى التجاذب بين الجزيئات وتتحرك بسهولة أكبر، مما يقلل من لزوجة السائل. أما إذا كانت درجة الحرارة منخفضة، فإن لزوجة السائل سوف تزيد نظراً لتوافر كمية أقل من الطاقة بين جزيئاتها. يحتوي الماء على روابط

هيدروجينية تعمل كقوى تجاذب شديدة بين جزيئات الماء. وعلى الرغم من سهولة تدفق الماء أكثر من العسل، إلا أنه يظل لزجاً نسبياً بسبب حجم جزيئاته مقارنة مع لزوجة كحول التعقيم، على سبيل المثال، التي تكون منخفضة جداً. فلو قمنا بصب كميتين متساويتين من الماء وكحول التعقيم على سطح ما، سنجد أن كحول التعقيم ينتشر بسرعة أكبر من سرعة انتشار الماء.هناك خاصية أخرى تتميز بها السوائل تسمى «توتر السطح». لابد أنك رأيت حشرة تسمى متزلج البِرَك (أو عنكبوت الماء) وهو يسير على سطح الماء، حيث تساعد خاصية توتر السطح هذه الحشرة على البقاء على سطح الماء.

أما سبب توتر السطح فهو القوى غير المتساوية التي تجعل سطح السائل يعمل كطبقة رقيقة متماسكة. وللماء توتر سطح قوي نسبياً. ولكي نوضح هذا الأمر،

بإمكانك إجراء التجربة في زاوية «جرّب بنفسك» على الصفحة (34) بجعل الإبرة تطفو بفعل توتر سطح الماء. ويبين توتر السطح سبب تشكل قطرات الماء على بعض السطوح، وإذا حدث أن رأيت قطرات المطر مبعثرة على نافذة الغرفة،لابد أنك لاحظت أن هذه القطرات تتخذ شكلاً كروياً. أما سبب ذلك فيرجع

إلى توتر سطح الماء، حيث تتخذ قطرات الماء شكلاً شبه كروي لأن ذلك يقلل من مساحة سطحها.يرتبط توتر السطح بعامل اللزوجة. فالسوائل ذات اللزوجة العالية لها توتر سطحي قوي. وعلى سبيل المثال، تحافظ قطرة العسل الموجودة على طبق على تماسك شكلها الكروي. أما إذا وضعت قطرة كحول تعقيم على الطبق، فإنها ستنتشر على مساحة واسعة؛ لأن توتر سطح كحول

التعقيم منخفض بسبب ضعف قوى الجذب بين جزيئاته. ومثل اللزوجة أيضاً، يتأثر توتر السطح أيضاً بدرجة الحرارة. فعند درجات الحرارة المنخفضة، يكون

توتر السطح عالياً لأن جزيئات السائل ليس لها طاقة حركية كبيرة، وبالتالي لا تتمكن من التغلب على قوى التماسك بين جزيئات السائل. وعند درجات الحرارة العالية، تكتسب الجزيئات كمية كبيرة من الطاقة الحركية، مما يجعل قدرتها على تكوين توتر السطح ضعيفة. إن إضافة مادة أخرى إلى السائل قد تقلل أيضاً من توتر سطحه. فالصابون يستخدم للتقليل من توتر سطح الماء.

وإذا كررت تجربة الإبرة العائمة، يُمكنك إضافة قطرة من سائل الجلي إلى وعاء الماء، وستلاحظ أن الإبرة قد غطست على الفور، ومن المفيد أحياناً تخفيض التوتر السطحي للسائل، ولابد أنك لاحظت تشكل «قطرات» الماء على السيارة عندما تكون مبللة. ويضيف عمال غسل السيارات المواد الكيميائية إلى ماء الشطف

لتخفيض توتر سطح الماء الذي يؤدي إلى انتشار قطرات الماء بدلاً من تجمعها،

وبالتالي يستطيع الماء التخلص من صابون التنظيف بشكل أسرع.