液態

液態

yè tài

1.物質的液體狀態。物質存在的一種形態，可以流動、變形，可微壓縮。

2.液態時，分子間主要起作用的力是范德華力。

范德華力是由分子間的偶極異極相吸造成的。所以不像化學鍵有固定的角度，范德華力只有個大概的方向。這也是液體為什么會流動而固體不能的原因。 當液態物體分子間的范德華力被打破時（加熱，使單個分子動能增大），物體由液態變為氣態；當液態物體分子間熱運動減小，小到分子間化學鍵可以形成，從而化學鍵在分子間占主導地位時，液體變為固體。

液態氣體

物質存在的狀態一般有：固態、液態、氣態

液化：物質從氣態變成液態的過程叫液化；

液態：水；冰變水——熔化。

一般來講，講到液態一般就會講到液化，以及汽化。

液體與固體不同，液體還有“各向同性”特點（不同方向上物理性質相同），這是因為，物體由固態變成液態的時候，由于溫度的升高使得分子或原子運動劇烈，而不可能再 保持原來的固定位置，于是就產生了流動。但這時分子或原子間的吸引力還比較大，使它們不會分散遠離，于是液體仍有一定的體積。實際上，在液體內部許多小的區域仍存在類似晶體的結構——“類晶區”。流動性是“類晶區”彼此間可以移動形成的。我們打個比喻，在柏油路上送行的“車流”，每輛汽車內的人是有固定位置的一個“類晶區”，而車與車之間可以相對運動，這就造成了車隊整體的流動。

液態與氣態不同，它有一定的體積。液態又與固態不同，它有流動性，因而沒有固定的形狀。除液晶外，液態與非晶態固體一樣均呈各向同性，這些都是液態的主要宏觀特征。

通常晶體熔解時體積將增加10%左右，可見液體分子間平均距離要比固體約大2%～3%。這說明，雖然液體中的分子也與固體中分子一樣一個緊挨一個排列而成，但卻不是具有嚴格周期性的密堆積，而是一種較為疏松的長程無序、短程有序堆積。這是液體微觀結構的重要特征之一。下面我們舉一個二維系統的例子予以說明。若認為每一個粒子都是大小相同的剛性球，將這些小球密堆積后的圖形如圖1（a）所示。這是一種規則的晶體結構。每一個粒子周圍有六個最近鄰粒子。但是若先在某個中心粒子周圍排列五個粒子，然后由里向外，也按每一個原子周圍均有五個近鄰粒子那樣去排列，就得到圖1（b）的圖形，它是比較疏松的排列，而且離開中心粒子愈遠，粒子的排列也愈雜亂，粒子之間的空隙也越大。這樣的系統僅在中心粒子周圍數個粒子直徑的線度內反映出具有排列的有序性。我們就把能反映出一定的排列規律性的粒子的群體稱為一個單元。液體由很多個類似這樣的單元組成，同一單元中粒子排列取向相同，相鄰單元中粒子的排列取向各不相同。上述結構與非晶態固體十分相似。所以說液體具有短程有序、長程無序的特征。

物質的有序結構可以由實驗來測定，其中一種常用的方法就是利用X射線衍射或中子射線衍射來測定物質的徑向分布函數。理想氣體的徑向分布函數是一條沒有任何起伏的水平線。圖2是用X射線衍射方法對液體汞（曲線a）及晶體汞（曲線b）所測得的徑向分布函數ρ(r)。由X射線衍射可知，曲線b中出現的峰相應于汞晶體中原子的規則排列情況：近鄰、次近鄰及次次近鄰……這說明晶體汞確有規則的晶體結構。而液體的曲線a在距離足夠大（r＞1×10-9m）時ρ(r)趨向一條水平直線，說明液體確實和氣體一樣具有長程無序性。但是在r＜0.9×10-9m時曲線卻有了起伏。xxx個峰出現的中心位置與晶體衍射xxx個峰出現的位置差不多，以后又出現第二個峰、第三個峰。這說明在短程（幾個分子大小）的范圍內，液體具有與晶體相類似的有序性。

液體在小范圍內有“半晶體狀態”的微觀結構。每個液體分子周圍由最鄰近的分子圍繞著，形成某種規則的幾何構形，但這種規則性只能維持在幾個分子直徑之內。即使這樣的幾何構形也是各不相同且變化不定的。不僅不同分子周圍的幾何構形會有差異，而且任何一種幾何構形保持一定時間后均會被破壞。也有人把這種具有局部的“結晶結構”的單元稱為類晶區。

此外，因為液體分子排列得較為松散，液體內部就有許多微小的空隙，因而在液體中可溶解或吸收少量氣體分子。液體沸騰需先在液體內部形成氣泡，而氣泡又是由溶解在液體內部的氣體分子積聚而成的。水生生物就是依靠在水中溶解的空氣而得到氧氣的。

實驗充分說明，液體中的分子與晶體及非晶態固體中的分子和原子一樣在平衡位置附近作振動。在同一單元中的液體分子的振動方向基本一致，不同單元中分子的振動方向各不相同，這一點與多晶體有些類似。但是，在液體中這種狀況僅能保持一短暫的時間。以后，由于漲落等其他因素，單元會被破壞，并重新組成新的單元。液體中存在一定的分子間隙也為單元的破壞及重新組建創造了條件。雖然任一分子在各個單元中居留的時間長短不一，但在一定的溫度、壓強下，液體分子在單元中的平均居留時間卻是相同的。一般分子在一個單元中平均振動102～103次。對于液態金屬，的數量級為10-10s。

可將液體分子的熱運動作如下比喻。所有分子都過著游牧生活，短時間的遷移和比較長期的定居生活相互交替。兩次遷移之間所經歷的平均定居時間比分子在單元中振動的周期長得多。的大小與分子力及分子熱運動這一對矛盾有關。分子排列得越緊密，分子間的作用力越強，分子就越不易移動，也越大；溫度越高，分子熱運動越劇烈，越小，分子也就越易遷移。在通常情況下，外力作用在液體上的時間總比平均定居時間大得多。在這段時間內，液體分子已游歷了很多個單元，從而產生宏觀位移，液體的流動就這樣產生。若外力作用時間遠小于，液體不會流動。

非晶態固體可被認為是一種沒有流動性的液體，或者說是的液體。正因為，外力作用于非晶態固體的時間總是遠小于，所以它能呈現彈性形變。非晶態固體與液體不同點還在于非晶態固體處于亞穩態，在外界擾動合適時，它可以向更為穩定的晶態轉變，而液態只有當外界溫度、壓強變化到滿足相變條件時才可能轉變為晶態。

最后需說明，液體具有長程無序、短程有序性質，它既不像氣體那樣分子之間相互作用較弱；也不像固體那樣，分子間有強烈的相互作用，而且由于短程有序性質的不確定性和易變性，很難像固體或氣體那樣對液體作較嚴密的理論計算。有關液體的理論至今還不是十分完美的。

實驗發現，通常在壓強不變時液體的體脹系數隨溫度升高而略有增加，在溫度不變時又隨壓強增大而略有減小。液體的體脹系數與下列兩個因素有關：一是分子勢能曲線中吸引力與排斥力的不對稱性，這與產生固體熱膨脹的機理類同；二是液體內部存在空隙，這種空隙使液體有類似海綿的特征，所以液體的體脹系數比固體大些。

由能量均分定理可知。熱容取決于分子或原子的熱運動形式。按杜隆-珀替定律，固體的摩爾定容熱容為3R，說明每個固體分子都在作三維振動。實驗又表明，在溶解的前后，固體與液體的熱容相差甚小，說明液體分子也是在平衡位置附近作振動。另外，雖然固體的體脹系數很小，因而可認為固體的Cp,m≈CV,m，但液體的體脹系數比固體大得多，所以液體的Cp,m-CV,m要比固體大。例如對于20K的液氫，其Cp,m=18.42J·mol-1·K-1，CV,m=11.72J·mol-1·K-1；在298K時的水，其Cp,m=75.41J·mol-1·K-1，CV,m=74.64J·mol-1·K-1。實驗還證實，液體的熱容與溫度有關。例如水的熱容在313K附近有一明顯的極小值。

與氣體不同，液體的黏性較氣體大，且隨溫度的升高而降低。這是因為液體分子受到它所在單元中其他分子作用力的束縛，不可能在相鄰兩層流體間自由運動而產生動量輸運之故。液體的黏性與單元對分子的束縛力直接有關。單元對分子束縛的強弱體現在單元中分子所在勢阱的深度Ed的大小上，而Ed又決定了分子在單元中平均定居時間。因為越長，流體的流動性就越小，而流動性小的流體的黏度大。可估計到，η應該與有類似的變化關系。實驗證實，液體的黏度

η=η0·exp(Ed/kT)

其中η0是某一常數。

沒有確定形狀，是流動的，主要受容器影響。容器是什么形狀，注入液體，液體就呈什么形狀。

具有一定體積。液體的體積在壓力及溫度不變的環境下，是固定不變的。

很難被壓縮。

與氣體不同，液體并不總能與其他液體均勻混合（互溶）。例子

常溫常壓下，只有2種元素單質呈液態：汞和溴。另有4種元素單質熔點略高于室溫：鈁，銫，鎵，銣。室溫下為液態的合金包括鈉鉀合金，Galinstan 合金，及一些汞合金。

常溫下呈液體的純凈物包括水，乙醇及許多有機溶劑。

一些物質無法歸類到三種狀態中的一種，它們同時具有類液體和類固體的性質。例如液晶和生物膜。

體積

液體的量通常用體積度量。

一定量液體的體積由其溫度和壓強決定。一般情況下，液體熱脹冷縮，但水在0-4°C時則相反。液體很難被壓縮，例如使水的密度增加1/1000需要200巴壓強。在流體動力學的研究中，通常將液體視為不可壓縮的。

壓強

在引力場中，液體對容器壁和任何液體中的物體產生壓強。這一壓強指向各個方向，并隨深度增加而增加。在均勻的引力場中，靜止的液體在深度 z 處的壓強 p 為：

這里

為液體的密度(視為常數)

為重力加速度

需要注意的是此公式假設自由表面處的壓強為0，并且忽略了表面張力的影響。

浮力

浸入液體的物體受到浮力的作用。(在其他的流體中也有浮力作用，但由于液體密度大而特別顯著)

表面

除非液體的體積與密閉容器相等，液體會產生一個表面。液體表面像一層彈性膜，表面張力在其上產生，液滴和氣泡也由此產生。表面波，毛細現象，浸潤，表面張力波的形成也都與表面張力相關。

流動

液體會受到剪應力及拉伸應力變形，而所產生的阻力則以黏度量度，換言之，黏力越低（黏滯系數低）的液體，具越佳流動性。 當液體過冷，轉化為玻璃時，黏度會急速上升，該液體會成為黏彈性的媒介，并具有固體的彈性及液體的流動性，而這個現象取決于觀察的時間及擾動的頻率。

液體的體積在壓力及溫度不變的環境下，是固定不變的。此外，液體對容器的邊施加壓力和和其他物態一樣。這壓力傳送往四面八方，不但沒有減少并且與深度一起增加（水越深，水壓越大的原因）。

增溫或減壓一般能使液體氣化，成為氣體，例如將水加溫成水蒸氣。加壓或降溫一般能使液體固化，成為固體，例如將水減溫成冰。然而，僅加壓并不能使所有氣體液化，如氧，氫，氦等。