Materialets flytande tillstånd är en mellanfas mellan fast och gas. Liksom partiklarna i en fast substans är partiklarna i en vätska utsatta för intermolekylär attraktion, men vätskepartiklarna har mer utrymme mellan sig, så de är inte fixerade i sitt läge. Attraktionen mellan partiklarna i en vätska håller vätskans volym konstant.
Partiklarnas rörelse gör att vätskan har en varierande form. Vätskor flyter och fyller den nedersta delen av en behållare och antar behållarens form men förändras inte i volym. Det begränsade utrymmet mellan partiklarna gör att vätskor endast har en mycket begränsad komprimerbarhet.
Sammanhållning och vidhäftning
Kohesion är tendensen för samma slags partiklar att dras till varandra. Denna sammanhållande ”klibbighet” förklarar ytspänningen hos en vätska. Ytspänningen kan ses som ett mycket tunt ”skinn” av partiklar som dras starkare till varandra än till de partiklar som omger dem. Så länge dessa attraktionskrafter är ostörda kan de vara förvånansvärt starka. Till exempel är vattnets ytspänning tillräckligt stor för att bära upp vikten av en insekt som t.ex. en vattenskinnare. Vatten är den mest sammanhållande icke-metalliska vätskan, enligt U.S. Geological Survey.
De sammanhållande krafterna är störst under vätskans yta, där partiklarna dras till varandra på alla sidor. Partiklar vid ytan dras starkare till identiska partiklar i vätskan än till den omgivande luften. Detta förklarar vätskornas tendens att bilda sfärer, den form som har minst yta. När dessa vätskekulor förvrängs av gravitationen bildar de den klassiska regndroppsformen.
Adhesion är när det finns attraktionskrafter mellan olika typer av partiklar. Partiklar i en vätska attraheras inte bara av varandra, utan de attraheras i allmänhet av de partiklar som utgör behållaren som innehåller vätskan. Vätskans partiklar dras upp över vätskans ytnivå vid de kanter där de kommer i kontakt med behållarens sidor.
Kombinationen av sammanhållande och vidhäftande krafter gör att en lätt konkav kurva, den så kallade menisken, finns vid ytan av de flesta vätskor. Den mest exakta mätningen av volymen av en vätska i en mätcylinder observeras genom att titta på volymmärkena närmast botten av denna menisk.
Adhesion förklarar också kapillärverkan när en vätska dras upp i ett mycket smalt rör. Ett exempel på kapillär verkan är när någon samlar in ett blodprov genom att röra ett litet glasrör mot bloddroppen på spetsen av ett stickat finger.
Viskositet
Viskositet är ett mått på hur mycket en vätska motsätter sig att flyta fritt. En vätska som flyter mycket långsamt sägs vara mer viskös än en vätska som flyter lätt och snabbt. Ett ämne med låg viskositet anses vara tunnare än ett ämne med högre viskositet, som vanligtvis anses vara tjockare. Till exempel är honung mer viskös än vatten. Honung är tjockare än vatten och flyter långsammare. Viskositeten kan vanligtvis minskas genom att värma vätskan. När vätskans partiklar värms upp rör de sig snabbare, vilket gör att vätskan flyter lättare.
Avdunstning
Eftersom partiklarna i en vätska är i ständig rörelse kommer de att kollidera med varandra och med behållarens sidor. Sådana kollisioner överför energi från en partikel till en annan. När tillräckligt mycket energi överförs till en partikel vid vätskans yta kommer den så småningom att övervinna den ytspänning som håller den fast vid resten av vätskan. Avdunstning sker när ytpartiklarna får tillräckligt med rörelseenergi för att kunna fly från systemet. När de snabbare partiklarna flyr har de kvarvarande partiklarna lägre genomsnittlig kinetisk energi och vätskans temperatur svalnar. Detta fenomen kallas för avdunstningskylning.
Flyktighet
Flyktighet kan ses som hur sannolikt det är att ett ämne kommer att förångas vid normala temperaturer. Flyktighet är oftare en egenskap hos vätskor, men vissa mycket flyktiga fasta ämnen kan sublimeras vid normal rumstemperatur. Sublimation sker när ett ämne övergår direkt från fast till gas utan att passera genom det flytande tillståndet.
När en vätska avdunstar inuti en sluten behållare kan partiklarna inte lämna systemet. En del av de förångade partiklarna kommer så småningom i kontakt med den kvarvarande vätskan och förlorar tillräckligt med energi för att kondensera tillbaka till vätskan. När avdunstningshastigheten och kondensationshastigheten är desamma kommer det inte att ske någon nettominskning av mängden vätska.
Det tryck som utövas av jämvikten mellan ånga och vätska i den slutna behållaren kallas ångtrycket. Om temperaturen i det slutna systemet höjs kommer ångtrycket att öka, enligt Purdue Universitys avdelning för kemi. Ämnen med höga ångtryck kan bilda en hög koncentration av gaspartiklar ovanför vätskan i ett slutet system. Detta kan utgöra en brandrisk om ångan är brandfarlig. Varje liten gnista, till och med en gnista som uppstår genom friktion mellan gaspartiklarna själva, kan vara tillräcklig för att orsaka en katastrofal brand eller till och med en explosion. Den amerikanska arbetsmiljöverket OSHA (Occupational Safety and Health Administration) kräver att säkerhets- och datablad för material ska ge information om vätskors flyktighet och brännbarhet för att bidra till att förhindra att olyckor inträffar.
Vidare läsning
- Florida State University Chemistry & Biochemistry: Vätskors egenskaper
- Chem4Kids.com: Liquid Basics
- The USGS Water Science School