Lo stato liquido della materia è una fase intermedia tra il solido e il gas. Come le particelle di un solido, le particelle di un liquido sono soggette all’attrazione intermolecolare; tuttavia, le particelle del liquido hanno più spazio tra loro, quindi non sono fisse in posizione. L’attrazione tra le particelle in un liquido mantiene il volume del liquido costante.
Il movimento delle particelle fa sì che il liquido abbia una forma variabile. I liquidi scorreranno e riempiranno la parte più bassa di un contenitore, assumendo la forma del contenitore ma non cambiando di volume. La quantità limitata di spazio tra le particelle significa che i liquidi hanno una comprimibilità molto limitata.
Coesione e adesione
La coesione è la tendenza delle particelle dello stesso tipo ad essere attratte le une dalle altre. Questa “viscosità” coesiva spiega la tensione superficiale di un liquido. La tensione superficiale può essere pensata come una “pelle” molto sottile di particelle che sono più fortemente attratte l’una dall’altra rispetto alle particelle che le circondano. Finché queste forze di attrazione sono indisturbate, possono essere sorprendentemente forti. Per esempio, la tensione superficiale dell’acqua è abbastanza grande da sostenere il peso di un insetto come una salpa. L’acqua è il liquido non metallico più coesivo, secondo l’U.S. Geological Survey.
Le forze coesive sono maggiori sotto la superficie del liquido, dove le particelle sono attratte l’una dall’altra su tutti i lati. Le particelle in superficie sono più fortemente attratte dalle stesse particelle all’interno del liquido che dall’aria circostante. Questo spiega la tendenza dei liquidi a formare sfere, la forma con la minor quantità di superficie. Quando queste sfere di liquido sono distorte dalla gravità, formano la classica forma a goccia di pioggia.
L’adesione è quando esistono forze di attrazione tra diversi tipi di particelle. Le particelle di un liquido non solo saranno attratte l’una dall’altra, ma sono generalmente attratte dalle particelle che compongono il contenitore che contiene il liquido. Le particelle del liquido sono attirate al di sopra del livello della superficie del liquido ai bordi dove sono in contatto con i lati del contenitore.
La combinazione di forze coesive e adesive significa che una leggera curva concava, nota come menisco, esiste sulla superficie della maggior parte dei liquidi. La misura più accurata del volume di un liquido in un cilindro graduato sarà osservata guardando i segni di volume più vicini al fondo di questo menisco.
L’adesione spiega anche l’azione capillare quando un liquido viene aspirato in un tubo molto stretto. Un esempio di azione capillare è quando qualcuno raccoglie un campione di sangue toccando un minuscolo tubo di vetro con la goccia di sangue sulla punta di un dito pungente.
Viscosità
La viscosità è una misura di quanto un liquido resiste a scorrere liberamente. Un liquido che scorre molto lentamente è detto più viscoso di un liquido che scorre facilmente e rapidamente. Una sostanza con bassa viscosità è considerata più sottile di una sostanza con viscosità più alta, che di solito è considerata più spessa. Per esempio, il miele è più viscoso dell’acqua. Il miele è più spesso dell’acqua e scorre più lentamente. La viscosità di solito può essere ridotta riscaldando il liquido. Quando viene riscaldato, le particelle del liquido si muovono più velocemente, permettendo al liquido di scorrere più facilmente.
Evaporazione
Perché le particelle di un liquido sono in costante movimento, si scontrano tra loro e con i lati del contenitore. Queste collisioni trasferiscono energia da una particella all’altra. Quando viene trasferita abbastanza energia ad una particella sulla superficie del liquido, alla fine supererà la tensione superficiale che la trattiene al resto del liquido. L’evaporazione avviene quando le particelle in superficie guadagnano abbastanza energia cinetica per sfuggire al sistema. Man mano che le particelle più veloci fuggono, le particelle rimanenti hanno un’energia cinetica media inferiore, e la temperatura del liquido si raffredda. Questo fenomeno è noto come raffreddamento evaporativo.
Volatilità
La volatilità può essere considerata come la probabilità che una sostanza si vaporizzi a temperature normali. La volatilità è più spesso una proprietà dei liquidi, ma alcuni solidi altamente volatili possono sublimare alla normale temperatura ambiente. La sublimazione avviene quando una sostanza passa direttamente da solido a gas senza passare per lo stato liquido.
Quando un liquido evapora all’interno di un contenitore chiuso, le particelle non possono uscire dal sistema. Alcune delle particelle evaporate alla fine entreranno in contatto con il liquido rimanente e perderanno abbastanza della loro energia per condensare di nuovo nel liquido. Quando il tasso di evaporazione e il tasso di condensazione sono uguali, non ci sarà una diminuzione netta della quantità di liquido.
La pressione esercitata dall’equilibrio vapore/liquido nel contenitore chiuso è chiamata pressione del vapore. L’aumento della temperatura del sistema chiuso aumenterà la pressione del vapore, secondo il dipartimento di chimica della Purdue University. Le sostanze con alte pressioni di vapore possono formare un’alta concentrazione di particelle di gas sopra il liquido in un sistema chiuso. Questo può essere un pericolo di incendio se il vapore è infiammabile. Qualsiasi piccola scintilla, anche una che si verifica dall’attrito tra le particelle di gas stesse, può essere sufficiente a causare un incendio catastrofico o addirittura un’esplosione. La U.S. Occupational Safety and Health Administration (OSHA) richiede che le schede tecniche e di sicurezza dei materiali forniscano informazioni sulla volatilità e l’infiammabilità dei liquidi per aiutare a prevenire il verificarsi di incidenti.
Ulteriori letture
- Florida State University Chemistry & Biochemistry: Proprietà dei liquidi
- Chem4Kids.com: Nozioni di base sui liquidi
- La scuola di scienze dell’acqua dell’USGS