miniatura|dereita|Moeda sostida enriba da auga pola tensión superficial O líquido é un dos catro estados da materia, un líquido é un fluído cuxo volume é constante en condicións de temperatura e presión constante e a súa forma é definida polo recipiente que o contén. É unha substancia que presenta un estado da materia intermedio entre os estados sólido e gasoso. A densidade dun líquido adoita ser próxima á dun sólido e moito maior que a dun gas. Os líquidos son unha forma de materia condensada xunto cos sólidos e unha forma de fluído xunto cos gases.
Un líquido está composto de átomos ou moléculas unidas por enlaces intermoleculares de forza intermedia. Estas forzas permiten que as partículas se movan unhas arredor das outras mentres permanecen moi compactas. Pola contra, os sólidos teñen partículas que están fortemente unidas por fortes forzas intermoleculares, o que limita o seu movemento a pequenas vibracións en posicións fixas. Os gases, pola contra, constan de partículas amplamente espazadas e que se moven libremente con só forzas intermoleculares débiles.
A medida que aumenta a temperatura, as moléculas dun líquido vibran con maior intensidade, o que provoca que aumente a distancia entre elas. No punto de ebulición, as forzas cohesivas entre as moléculas xa non son suficientes para mantelas unidas, e o líquido pasa a estado gaseoso. Pola contra, a medida que a temperatura diminúe, a distancia entre as moléculas redúcese. No punto de conxelación, as moléculas adoitan ordenarse nun proceso denominado cristalización, e o líquido pasa a estado sólido.
Aínda que a auga o líquido máis común na Terra,, ademais do máis abundante este estado da materia é en realidade o menos común no universo coñecido, xa que os líquidos requiren un rango de temperatura/presión relativamente estreito para existir. A maior parte da materia coñecida no universo é gasosa (como as nubes interestelares) ou plasma (como as estrelas). Exemplos Só dous elementos químicos son líquidos en condicións normais de presión e temperatura, o mercurio e o bromo. Outros catro teñen puntos de fusión apenas por riba da temperatura ambiente: francio, cesio, galio e rubidio.Theodore Gray, The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe New York: Workman Publishing, 2009 p. 127
As substancias puras que se atopan en estado líquido en condicións normais inclúen a auga, o etanol e moitos outros disolventes orgánicos. A auga líquida é de vital importancia en química e bioloxía, e é necesaria para todas as formas de vida coñecidas. Os líquidos inorgánicos desta categoría inclúen disolventes inorgánicos non acuosos e moitos ácidos.
As mesturas que son líquidas a temperatura ambiente inclúen aliaxes como o galinstán (unha aliaxe de galio, indio e estaño que se funde a −19 °C ou −2 °F) e algunhas amálgamas (aliaxes que conteñen mercurio). Certas mesturas, como a aliaxe metálica de sodio e potasio (NaK), son líquidas a temperatura ambiente, aínda que os elementos individuais sexan sólidos nas mesmas condicións (véxase mestura eutéctica). As mesturas líquidas cotiás inclúen disolucións acuosas como a lixivia doméstica, outras mesturas de diferentes substancias como o aceite mineral e gasolina, emulsións como vinagreta ou maionesa, suspensións como o sangue e coloides como a pintura e o leite.
Moitos gases poden licuarse mediante arrefriado, producindo líquidos como osíxeno líquido, nitróxeno líquido, hidróxeno líquido e helio líquido. Con todo, non todos os gases poden licuarse a presión atmosférica. O dióxido de carbono, por exemplo, solidificase dereitamente en xeo seco en lugar de converterse en líquido, e só pode licuarse a presións superiores a 5,1 atm. A maioría dos líquidos se solidifican a medida que a temperatura descende. O helio líquido é unha excepción, xa que non se solidifica nin sequera á temperatura do cero absoluto (0 K) baixo presión estándar debido ás súas propiedades cuánticas.
Descrición dos líquidos O estado líquido é un estado de agregación da materia intermedio entre o estado sólido e o estado de gas. As moléculas dos líquidos non están tan próximas como as dos sólidos, pero están menos separadas cás dos gases. As moléculas no estado líquido ocupan posicións aleatorias que varían co tempo. As distancias íntermoleculares son constantes dentro dunha marxe estreita. Nalgúns líquidos, as moléculas teñen unha orientación preferente, o que fai que o líquido presente propiedades anisótropas (propiedades, como o índice de refracción, que varían segundo a dirección dentro do material).
Os líquidos presentan tensión superficial e capilaridade, xeralmente dilátanse cando se incrementa a súa temperatura e perden volume cando se arrefrían, aínda que sometidos a compresión o seu volume é moi pouco variable, a diferenza do que acontece con outros fluídos coma os gases. Os obxectos inmersos nalgún líquido están suxeitos a un fenómeno coñecido como flotabilidade.
Estado líquido A súa forma é esférica se non actúa ningunha forza externa sobre el. Por exemplo, unha pinga de auga en caída libre toma a forma esférica.Física general. Escrito por Santiago Burbano de Ercilla, Carlos Gracía Muñoz. (books.google.es). Páxina 295.
Como fluído suxeito á forza da gravidade, a forma dun líquido queda definida polo seu contedor. Nun líquido en repouso suxeito á gravidade en calquera punto do seu seo existe unha presión de igual magnitude cara a todos os lados, como establece o principio de Pascal. Se un líquido se atopa en repouso, a presión hidrostática en calquera punto do mesmo vén dada por:
Onde é a densidade do líquido, é a gravidade (9,8 m/s) e é a distancia do punto considerado á superficie libre do líquido en repouso. Nun fluído en movemento a presión non é necesariamente isótropa porque á presión hidrostática súmase a presión hidrodinámica que depende da velocidade do fluído en cada punto.
Cambios de estado miniatura|upright|Un diagrama de cambio de fase típico. En condicións apropiadas de temperatura e presión, a maioría das substancias poden existir en estado líquido. Cando un líquido supera o seu punto de ebulición cambia o seu estado a gasoso e cando alcanza o seu punto de conxelación cambia a sólido. Porén, algúns sólidos sublímanse ao queceren, é dicir, pasan directamente do estado sólido ao estado gasoso. A densidade dos líquidos adoita ser algo menor que a densidade da mesma substancia en estado sólido. Algunhas substancias, como a auga, son máis densas en estado líquido.
Por medio da destilación fraccionada, os líquidos poden separarse ao evaporárense cada un ao acadar cadanseu punto de ebulición. A cohesión entre as moléculas dun líquido non é forte abonda polo que as moléculas superficiais poden evaporarse.
Características dos líquidos Volume miniatura|upright|Cavitación na auga procedente da hélice dun barco A cantidade de líquido mídese en unidades de volume, Entre elas inclúense a unidade do SI metro cúbico (m3) e as súas divisións, en particular o decímetro cúbico, máis comunmente chamado litro (1 dm3 = 1 L = 0,001 m3), e o centímetro cúbico, tamén chamado mililitro. (1 cm3 = 1 mL = 0.001 L = 10−6 m3).
O volume dunha cantidade de líquido fíxase pola súa temperatura e presión. Os líquidos xeralmente expándense cando se quentan e contráense cando se arrefrían. A auga entre 0 °C e 4 °C é unha notable excepción.
Por outra banda, os líquidos teñen pouca compresibilidade. A auga, por exemplo, só se comprimirá 46,4 partes por millón por cada unidade de aumento da presión atmosférica. A uns 4000 megapascais de presión a temperatura ambiente a auga experimenta só un descenso do 11 % no volume.Intelligent Energy Field Manufacturing: Interdisciplinary Process Innovations By Wenwu Zhang -- CRC Press 2011 Page 144 A incompresibilidade fai que os líquidos sexan adecuados para transmitir enerxía hidráulica, porque un cambio de presión nun punto dun líquido transmítese sen diminuír a todas as outras partes do líquido e pérdese moi pouca enerxía en forma de compresión.Knight (2008) p. 454
Non obstante, a compresibilidade insignificante leva a outros fenómenos. Nas tubaxes prodúcese o chamado golpe de ariete cando unha válvula se pecha de súpeto, creando un enorme pico de presión na válvula que viaxa cara a atrás polo sistema por baixo da velocidade do son. Outro fenómeno causado pola incompresibilidade do líquido é a cavitación. Debido a que os líquidos teñen pouca elasticidade pódense separar literalmente en zonas de alta turbulencia ou cambiar dramaticamente de dirección, como no bordo de saída dunha hélice de barco ou nunha esquina afiada dun tubo. Un líquido nunha zona de baixa presión (baleiro) vaporízase e forma burbullas, que despois colapsan ao entrar en zonas de alta presión. Isto fai que o líquido encha as cavidades deixadas polas burbullas cunha enorme forza localizada, erosionando calquera superficie sólida adxacente.Fluid Mechanics and Hydraulic Machines by S. C. Gupta -- Dorling-Kindersley 2006 Page 85
Presión e flotabilidade
Nun campo gravitatorio, os líquidos exercen presión sobre as paredes dun recipiente, así como sobre calquera elemento que se atope dentro do propio líquido. Esta presión transmítese en todas as direccións e aumenta coa profundidade. Se un líquido atópase en repouso nun campo gravitatorio uniforme, a presión a unha profundidade vén dada por
onde: é a presión na superficie é a densidade do líquido, que se supón uniforme coa profundidade. é a aceleración gravitacional
Para unha masa de auga aberta ao aire, sería a presión atmosférica.
Os líquidos estáticos en campos gravitatorios uniformes tamén exhiben o fenómeno da flotabilidade, no que os obxectos mergullados no líquido experimentan unha forza neta debido á variación da presión coa profundidade. A magnitude da forza é igual ao peso do líquido desprazado polo obxecto, e a dirección da forza depende da densidade media do obxecto mergullado. Se a densidade é "menor" que a do líquido, a forza de flotabilidade apunta "cara arriba" e o obxecto flota, mentres que se a densidade é "maior", a forza de flotabilidade apunta "cara abaixo" e o obxecto afúndese. Isto coñécese como principio de Arquímedes.
Superficie
miniatura|upright|Ondas superficiais na auga A non ser que o volume dun líquido coincida exactamente co volume do seu recipiente, obsérvanse unha ou máis superficies. A presenza dunha superficie introduce novos fenómenos que non están presentes nun líquido masivo. Isto ocorre porque unha molécula nunha superficie posúe enlaces con outras moléculas líquidas só no lado interno da superficie, o que implica unha forza neta que tira das moléculas da superficie cara a dentro. De xeito equivalente, esta forza pódese describir en termos de enerxía: hai unha cantidade fixa de enerxía asociada á formación dunha superficie dunha área determinada. Esta cantidade é unha propiedade material chamada tensión superficial, en unidades de enerxía por unidade de superficie (J/m2). Os líquidos con forzas intermoleculares fortes tenden a ter grandes tensións superficiais.
Unha implicación práctica da tensión superficial é que os líquidos tenden a minimizar a súa superficie, formando pingas e burbullas esféricas a non ser que haxa outras restricións. A tensión superficial tamén é responsable doutros fenómenos, incluíndo ondas superficiais, acción capilar, mollabilidade e ondulacións. Nos líquidos baixo confinamento a escala nanométrica, os efectos superficiais poden desempeñar un papel dominante xa que, en comparación cunha mostra macroscópica de líquido, unha fracción moito maior de moléculas está situada preto dunha superficie.