Вопрос немного не корректный, поэтому я его слегка подкорректирую и задам по-другому: «Почему вода является жидкостью, а железо — твердым телом при комнатной температуре?» Это уже интереснее.
Классифицировать что-то как жидкость или твердое тело сложно, поскольку для многих вещей переход от жидкого состояния к твердому является вопросом суждения. Например, жидкости имеют такую характеристику как вязкость, то есть скорость, с которой они текут или могут течь. Является ли вода жидкостью? Большинство людей безусловно скажет – да, при комнатной температуре вода определенно жидкая. А мед? Мед – жидкий? Большинство ответят, что мед скорее густой, чем жидкий. А если мед чуть-чуть подогреть? Очевидно, что он будет течь не хуже воды.
Почему вода “жидкая”
Начнем с материи при температуре абсолютного нуля. При этой температуре атомы/молекулы имеют нулевую кинетическую энергию. При этой температуре материя идеально упорядочена, все представляет собой повторяющийся порядок. Вода при 0 К представляет собой совершенно кристаллический лед.
Как только температура повышается, атомы/молекулы начинают обладать собственной кинетической энергией и двигаться.
В определенный момент энергия атомов/молекул (в данном случае воды) достигает порога, при котором они не могут оставаться организованным кристаллом, твердое тело становится жидкостью. Этот порог зависит от многих вещей, прежде всего от того, насколько сильно атомы/молекулы связываются друг с другом. Вода любит прилипать к воде, поэтому растопить лед «трудно» по сравнению с другими молекулами с аналогичной молекулярной массой. Молекулярная масса также является важным фактором: «проще» заставить маленькую молекулу двигаться быстро, чем очень большую.
На жидкой стадии молекулы/атомы все еще слипаются в когерентную фазу, потому что, хотя энергии слишком много, чтобы оставаться упорядоченной, ее недостаточно, чтобы превратиться в газ, свободно текущую, ничем не связанную массу частиц. Эту связь обеспечивают многие механизмы, например, поверхностное натяжение, что побуждает жидкости минимизировать свою внешнюю поверхность (обычно за счет образования смежных непустотных объемов).
Однако, как только вода достаточно нагреется, у молекул появляется достаточно энергии, чтобы вырваться на свободу, и каждая молекула сама по себе — это газ.
Вода является жидкостью при температуре и давлении окружающей среды, потому что они таковы, что у воды достаточно энергии, чтобы не находиться в упорядоченной матрице, но недостаточно для образования свободнотекущего газа.
Теперь железо
Кусок железа будет твердым ровно до тех пор, пока составляющие его молекулы удерживаются вместе сильными межмолекулярными связями, и его молекулы не будут скользить, как в случае с водой, при комнатной температуре.
Разные молекулы/атомы будут воздействовать друг на друга на разных уровнях межмолекулярных сил. При комнатной температуре вода жидкая, поскольку имеет более слабые межмолекулярные связи по сравнению с железом (которое находится в твердом состоянии). Я не буду вдаваться в подробности сравнения водородной и металлической связи – это только усложнит ситуацию.
Итак, почему вода жидкая, а железо твердое? Потому, что имеют разные температуры плавления. Железо тоже может быть жидким, если его сильно нагреть. Воду можно превратить в прочный кусок льда, если сильно охладить. Вот собственно и все.
Железо будет сохранять твердую форму пока его не бросить в топку, а вода будет жидкой до тех пор, пока ее не засунуть в морозильник.
И самое интересное –
Является ли стекло жидкостью?
Упс! Занятный вопрос, не правда ли?
Типичное оконное стекло официально классифицируется как аморфное твердое тело. Это означает, что оно затвердевает, не кристаллизуясь, что означает, что у него нет четкой точки перехода из жидкого состояния в твердое и оно становится все более и более вязким, пока не перестанет течь целиком. Теоретически молекулы стекла все еще могут проскальзывать друг мимо друга, но этого не происходит, во всяком случае, с заметной скоростью. Стекло держит свою форму даже при значительных усилиях, что делает его твердым.
Однако, поскольку у стекла нет замкнутой структуры, теоретически его можно назвать жидкостью. При комнатной температуре она не течет ни с какой скоростью, даже с течением времени. Утверждения о том, что старые окна со временем текут полная ерунда. Теоретическая вязкость стекла составляет не менее триллионов лет.
Во всех отношениях, которые мы можем измерить, стекло действует как твердое тело. Называть его жидкостью — очень смысловой аргумент людей, пытающихся показать, насколько они умны, в реальной жизни это не так.
