Stan ciekły materii jest fazą pośrednią między ciałem stałym a gazem. Podobnie jak cząstki ciała stałego, cząstki w cieczy podlegają przyciągania międzycząsteczkowego, jednak cząstki cieczy mają więcej miejsca między nimi, więc nie są one ustalone w pozycji. Przyciąganie między cząsteczkami w cieczy utrzymuje objętość cieczy na stałym poziomie.
Ruch cząsteczek powoduje, że ciecz ma zmienny kształt. Ciecze będą płynąć i wypełniać najniższą część pojemnika, przybierając kształt pojemnika, ale nie zmieniając objętości. Ograniczona ilość przestrzeni pomiędzy cząsteczkami oznacza, że ciecze mają tylko bardzo ograniczoną ściśliwość.
Kohezja i przyleganie
Kohezja to tendencja cząsteczek tego samego rodzaju do przyciągania się wzajemnie. Ta kohezyjna „lepkość” odpowiada za napięcie powierzchniowe cieczy. Napięcie powierzchniowe może być postrzegane jako bardzo cienka „skóra” cząsteczek, które są silniej przyciągane do siebie niż do cząsteczek je otaczających. Tak długo, jak te siły przyciągania są niezakłócone, mogą być zaskakująco silne. Na przykład, napięcie powierzchniowe wody jest wystarczająco duże, aby utrzymać ciężar owada takiego jak skoczek wodny. Woda jest najbardziej spójną cieczą niemetaliczną, według U.S. Geological Survey.
Siły spójności są największe pod powierzchnią cieczy, gdzie cząsteczki są przyciągane do siebie ze wszystkich stron. Cząstki na powierzchni są silniej przyciągane do identycznych cząstek w cieczy niż do otaczającego powietrza. To wyjaśnia tendencję cieczy do tworzenia kul, kształt z najmniejszą ilością powierzchni. Kiedy te sfery cieczy są zniekształcone przez grawitację, tworzą klasyczny kształt raindrop.
Adhezja jest, gdy siły przyciągania istnieją między różnymi typami cząstek. Cząstki cieczy nie tylko będą przyciągane do siebie, ale są one ogólnie przyciągane do cząstek, które tworzą pojemnik przechowujący ciecz. Cząsteczki cieczy są przyciągane powyżej poziomu powierzchni cieczy na krawędziach, gdzie są one w kontakcie z bokami pojemnika.
Połączenie sił spójności i adhezji oznacza, że na powierzchni większości cieczy występuje niewielka wklęsła krzywizna, zwana meniskiem. Najdokładniejszy pomiar objętości cieczy w cylindrze miarowym będzie można zaobserwować patrząc na oznaczenia objętości najbliżej dna tego menisku.
Adhezja odpowiada również za działanie kapilarne, gdy ciecz jest wciągana do bardzo wąskiej rurki. Jednym z przykładów działania kapilarnego jest, gdy ktoś zbiera próbkę krwi dotykając maleńką szklaną rurkę do kropli krwi na czubku nakłutego palca.
Lepkość
Lepkość jest miarą tego, jak bardzo ciecz opiera się swobodnemu przepływowi. Ciecz, która płynie bardzo powoli, mówi się, że jest bardziej lepka niż ciecz, która płynie łatwo i szybko. Substancja o niskiej lepkości jest uważana za cieńszą niż substancja o wyższej lepkości, która jest zwykle uważana za grubszą. Na przykład, miód jest bardziej lepki niż woda. Miód jest gęstszy niż woda i płynie wolniej. Lepkość może być zwykle zmniejszona przez ogrzewanie cieczy. Po podgrzaniu, cząsteczki cieczy poruszają się szybciej, pozwalając cieczy płynąć łatwiej.
Parowanie
Bo cząsteczki cieczy są w ciągłym ruchu, będą zderzać się ze sobą, a z boków pojemnika. Takie zderzenia przenoszą energię z jednej cząsteczki do drugiej. Gdy wystarczająco dużo energii jest przekazywana do cząsteczki na powierzchni cieczy, to w końcu pokona napięcie powierzchniowe trzymając go do reszty cieczy. Parowanie występuje, gdy cząstki powierzchniowe uzyskać wystarczającą ilość energii kinetycznej, aby uciec z systemu. Jak szybsze cząstki uciec, pozostałe cząstki mają niższą średnią energię kinetyczną, a temperatura cieczy chłodzi. Zjawisko to znane jest jako chłodzenie wyparne.
Lotność
O lotności można myśleć jako o tym, jak prawdopodobne jest, że substancja będzie parować w normalnej temperaturze. Lotność jest częściej właściwością cieczy, ale niektóre bardzo lotne ciała stałe mogą sublimować w normalnej temperaturze pokojowej. Sublimacja ma miejsce, gdy substancja przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego do gazowego bez przechodzenia przez stan ciekły.
Gdy ciecz odparowuje wewnątrz zamkniętego pojemnika, cząsteczki nie mogą uciec z systemu. Niektóre z odparowanych cząstek ostatecznie wejdzie w kontakt z pozostałą cieczą i stracić wystarczająco dużo energii, aby skondensować się z powrotem do cieczy. Gdy szybkość parowania i szybkość kondensacji są takie same, nie będzie spadek netto w ilości cieczy.
Ciśnienie wywierane przez równowagę para/ciecz w zamkniętym pojemniku nazywa się ciśnieniem pary. Zwiększenie temperatury zamkniętego systemu spowoduje wzrost ciśnienia pary, zgodnie z wydziałem chemii Uniwersytetu Purdue. Substancje o wysokim ciśnieniu pary mogą tworzyć wysokie stężenie cząsteczek gazu nad cieczą w układzie zamkniętym. Może to stanowić zagrożenie pożarowe, jeśli opary są łatwopalne. Każda mała iskra, nawet ta powstająca w wyniku tarcia między samymi cząsteczkami gazu, może wystarczyć do wywołania katastrofalnego pożaru lub nawet eksplozji. U.S. Occupational Safety and Health Administration (OSHA) wymaga Material Safety and Data Sheets, aby podać informacje o lotności i łatwopalności cieczy, aby pomóc w zapobieganiu wypadkom.
Dalsze czytanie
- Florida State University Chemistry & Biochemia: Properties of Liquids
- Chem4Kids.com: Liquid Basics
- The USGS Water Science School
.