L’état liquide de la matière est une phase intermédiaire entre le solide et le gaz. Comme les particules d’un solide, les particules d’un liquide sont soumises à une attraction intermoléculaire ; cependant, les particules liquides ont plus d’espace entre elles, elles ne sont donc pas fixes en position. L’attraction entre les particules d’un liquide maintient le volume du liquide constant.
Le mouvement des particules fait que le liquide a une forme variable. Les liquides s’écouleront et rempliront la partie la plus basse d’un récipient, prenant la forme du récipient mais ne changeant pas de volume. La quantité limitée d’espace entre les particules signifie que les liquides n’ont qu’une compressibilité très limitée.
Cohésion et adhérence
La cohésion est la tendance des particules de même nature à être attirées les unes vers les autres. Cette « adhérence » cohésive explique la tension superficielle d’un liquide. La tension superficielle peut être considérée comme une « peau » très fine de particules qui sont plus fortement attirées les unes par les autres que par les particules qui les entourent. Tant que ces forces d’attraction ne sont pas perturbées, elles peuvent être étonnamment fortes. Par exemple, la tension superficielle de l’eau est suffisamment importante pour supporter le poids d’un insecte tel que la cigale de mer. L’eau est le liquide non métallique le plus cohésif, selon l’U.S. Geological Survey.
Les forces de cohésion sont plus importantes sous la surface du liquide, où les particules sont attirées les unes vers les autres de tous côtés. Les particules à la surface sont plus fortement attirées par les particules identiques à l’intérieur du liquide que par l’air environnant. Cela explique la tendance des liquides à former des sphères, la forme ayant le moins de surface. Lorsque ces sphères liquides sont déformées par la gravité, elles forment la forme classique de goutte de pluie.
On parle d’adhésion lorsque des forces d’attraction existent entre différents types de particules. Les particules d’un liquide ne seront pas seulement attirées les unes par les autres, mais elles sont généralement attirées par les particules qui composent le récipient contenant le liquide. Les particules du liquide sont attirées au-dessus du niveau de la surface du liquide sur les bords où elles sont en contact avec les parois du récipient.
La combinaison des forces cohésives et adhésives fait qu’une légère courbe concave, appelée ménisque, existe à la surface de la plupart des liquides. La mesure la plus précise du volume d’un liquide dans un cylindre gradué sera observée en regardant les marques de volume les plus proches du fond de ce ménisque.
L’adhésion explique également l’action capillaire lorsqu’un liquide est aspiré dans un tube très étroit. Un exemple d’action capillaire est celui d’une personne qui prélève un échantillon de sang en faisant toucher un minuscule tube de verre à la gouttelette de sang sur le bout d’un doigt piqué.
Viscosité
La viscosité est une mesure de la résistance d’un liquide à s’écouler librement. Un liquide qui s’écoule très lentement est dit plus visqueux qu’un liquide qui s’écoule facilement et rapidement. Une substance à faible viscosité est considérée comme étant plus fine qu’une substance à viscosité élevée, qui est généralement considérée comme étant plus épaisse. Par exemple, le miel est plus visqueux que l’eau. Le miel est plus épais que l’eau et s’écoule plus lentement. La viscosité peut généralement être réduite en chauffant le liquide. Lorsqu’il est chauffé, les particules du liquide se déplacent plus rapidement, ce qui permet au liquide de s’écouler plus facilement.
Évaporation
Parce que les particules d’un liquide sont en mouvement constant, elles vont entrer en collision les unes avec les autres, et avec les parois du récipient. Ces collisions transfèrent de l’énergie d’une particule à une autre. Lorsque l’énergie transférée à une particule à la surface du liquide est suffisante, elle finit par vaincre la tension superficielle qui la retient au reste du liquide. L’évaporation se produit lorsque les particules de surface acquièrent suffisamment d’énergie cinétique pour s’échapper du système. Lorsque les particules les plus rapides s’échappent, les particules restantes ont une énergie cinétique moyenne plus faible et la température du liquide se refroidit. Ce phénomène est connu sous le nom de refroidissement par évaporation.
Volatilité
La volatilité peut être considérée comme la probabilité qu’une substance soit vaporisée à des températures normales. La volatilité est plus souvent une propriété des liquides, mais certains solides très volatils peuvent se sublimer à la température ambiante normale. La sublimation se produit lorsqu’une substance passe directement du solide au gaz sans passer par l’état liquide.
Lorsqu’un liquide s’évapore à l’intérieur d’un récipient fermé, les particules ne peuvent pas s’échapper du système. Certaines des particules évaporées entreront éventuellement en contact avec le liquide restant et perdront suffisamment d’énergie pour se condenser à nouveau dans le liquide. Lorsque le taux d’évaporation et le taux de condensation sont identiques, il n’y aura pas de diminution nette de la quantité de liquide.
La pression exercée par l’équilibre vapeur/liquide dans le récipient fermé s’appelle la pression de vapeur. L’augmentation de la température du système fermé augmentera la pression de vapeur, selon le département de chimie de l’université Purdue. Les substances ayant une pression de vapeur élevée peuvent former une forte concentration de particules de gaz au-dessus du liquide dans un système fermé. Cela peut constituer un risque d’incendie si la vapeur est inflammable. Toute petite étincelle, même celle qui résulte de la friction entre les particules de gaz elles-mêmes, peut suffire à provoquer un incendie catastrophique, voire une explosion. L’administration américaine de la santé et de la sécurité au travail (OSHA) exige que les fiches de données et de sécurité des matériaux donnent des informations sur la volatilité et l’inflammabilité des liquides afin d’aider à prévenir les accidents.
Lectures complémentaires
- Chimie de l’Université d’État de Floride & Biochimie : Propriétés des liquides
- Chem4Kids.com : Les bases des liquides
- L’école des sciences de l’eau de l’USGS
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