Kapalné skupenství hmoty je přechodná fáze mezi pevnou látkou a plynem. Stejně jako částice pevné látky, i částice v kapalině podléhají mezimolekulární přitažlivosti; částice kapaliny však mají mezi sebou více prostoru, takže jejich poloha není pevná. Přitažlivost mezi částicemi v kapalině udržuje objem kapaliny konstantní.
Pohyb částic způsobuje, že kapalina má proměnlivý tvar. Kapaliny tečou a vyplňují nejnižší část nádoby, přičemž nabývají tvaru nádoby, ale nemění svůj objem. Omezené množství prostoru mezi částicemi znamená, že kapaliny mají jen velmi omezenou stlačitelnost.
Koheze a adheze
Koheze je tendence částic stejného druhu k sobě přitahovat. Tato kohezní „lepivost“ vysvětluje povrchové napětí kapaliny. Povrchové napětí si lze představit jako velmi tenkou „slupku“ částic, které se vzájemně přitahují silněji než částice, které je obklopují. Dokud nejsou tyto přitažlivé síly narušeny, mohou být překvapivě silné. Například povrchové napětí vody je dostatečně velké, aby udrželo váhu hmyzu, jako je vodní skokan. Podle americké geologické služby U.S. Geological Survey je voda nejvíce soudržnou nekovovou kapalinou.
Soudržné síly jsou největší pod povrchem kapaliny, kde se částice vzájemně přitahují ze všech stran. Částice na povrchu jsou silněji přitahovány ke stejným částicím uvnitř kapaliny než k okolnímu vzduchu. To vysvětluje tendenci kapalin tvořit koule, což je tvar s nejmenší plochou povrchu. Když jsou tyto kapalné koule deformovány gravitací, vytvářejí klasický tvar dešťové kapky.
Adheze je stav, kdy mezi různými typy částic existují přitažlivé síly. Částice kapaliny se přitahují nejen navzájem, ale obecně se přitahují i k částicím, které tvoří nádobu, v níž se kapalina nachází. Částice kapaliny jsou přitahovány nad úroveň povrchu kapaliny na okrajích, kde jsou v kontaktu se stěnami nádoby.
Kombinace kohezních a adhezních sil způsobuje, že na povrchu většiny kapalin existuje mírná konkávní křivka, známá jako meniskus. Nejpřesnější měření objemu kapaliny v odměrném válci zjistíme tak, že se podíváme na značky objemu, které jsou nejblíže dnu tohoto menisku.
Adheze je také příčinou kapilárního působení, když je kapalina nasávána do velmi úzké trubice. Jedním z příkladů kapilárního působení je, když někdo odebere vzorek krve dotykem malé skleněné trubičky s kapkou krve na špičce píchnutého prstu.
Viskozita
Viskozita je mírou toho, jak moc se kapalina brání volnému proudění. O kapalině, která teče velmi pomalu, se říká, že je viskóznější než kapalina, která teče snadno a rychle. Látka s nízkou viskozitou je považována za řidší než látka s vyšší viskozitou, která je obvykle považována za hustší. Například med je viskóznější než voda. Med je hustší než voda a teče pomaleji. Viskozitu lze obvykle snížit zahřátím kapaliny. Při zahřátí se částice kapaliny pohybují rychleji, což umožňuje kapalině snadněji proudit.
Vypařování
Protože částice kapaliny jsou v neustálém pohybu, narážejí na sebe navzájem i na stěny nádoby. Při těchto srážkách dochází k přenosu energie z jedné částice na druhou. Když se částicím na povrchu kapaliny předá dostatek energie, nakonec překonají povrchové napětí, které je drží u zbytku kapaliny. K vypařování dochází, když částice na povrchu získají dostatek kinetické energie, aby mohly ze systému uniknout. Když rychlejší částice uniknou, zbývající částice mají nižší průměrnou kinetickou energii a teplota kapaliny se ochladí. Tento jev je známý jako odpařovací ochlazování.
Létavost
Létavost si lze představit jako pravděpodobnost, s jakou se bude látka při běžných teplotách odpařovat. Těkavost je častěji vlastností kapalin, ale některé vysoce těkavé pevné látky mohou při běžné pokojové teplotě sublimovat. K sublimaci dochází, když látka přechází přímo z pevného skupenství do plynného, aniž by prošla kapalným skupenstvím.
Když se kapalina vypařuje uvnitř uzavřené nádoby, částice nemohou ze systému uniknout. Některé z odpařených částic se nakonec dostanou do kontaktu se zbývající kapalinou a ztratí dostatek energie, aby kondenzovaly zpět do kapaliny. Pokud je rychlost odpařování a rychlost kondenzace stejná, nedojde k žádnému čistému úbytku množství kapaliny.
Tlak, který působí rovnováha páry a kapaliny v uzavřené nádobě, se nazývá tlak páry. Podle katedry chemie Purdueovy univerzity se zvýšením teploty uzavřené soustavy zvýší tlak par. Látky s vysokým tlakem par mohou v uzavřeném systému tvořit vysokou koncentraci částic plynu nad kapalinou. To může představovat nebezpečí požáru, pokud jsou páry hořlavé. Jakákoli malá jiskra, dokonce i ta, která vznikne třením mezi samotnými částicemi plynu, může stačit k vyvolání katastrofálního požáru nebo dokonce výbuchu. Americký úřad pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA) vyžaduje, aby bezpečnostní a datové listy materiálů uváděly informace o těkavosti a hořlavosti kapalin, a pomáhaly tak předcházet nehodám.
Další literatura
- Florida State University Chemistry & Biochemistry: Vlastnosti kapalin
- Chem4Kids.com: Základy kapalin
- Vodohospodářská škola USGS
.