Le proprietà dei liquidi che li contraddistinguono dai solidi e dai gas sono molteplici. Innanzitutto i liquidi non hanno forma ma hanno volume proprio e assumono la forma del recipiente che li contiene.
Oltre a queste caratteristiche macroscopiche tra le proprietà dei liquidi vi sono:
- Presenza di tensione superficiale
- Capacità di diffusione
- Densità minore rispetto ai solidi
- Capacità di fluire e viscosità
- Incomprimibilità
- Forze di attrazione intermolecolari inferiori rispetto ai solidi e maggiore dei gas
- Capillarità
Tensione superficiale
Tra le proprietà dei liquidi vi è la tensione superficiale. Lo stato liquido, infatti, è caratterizzato da molecole che interagiscono tra loro tramite forze di coesione che dipendono dalla loro distanza.
In un liquido contenuto in un recipiente le molecole sono mediamente distribuite in modo simmetrico attorno a ciascuna altra molecola e quindi le forze agiscono uniformemente in tutte le direzioni e la risultante è nulla.
Sulle molecole che si trovano sulla superficie esiste solo l’interazione con quelle sottostanti e, trascurando le interazioni con l’aria e le pareti del recipiente, si verifica che la risultante delle forze è diversa da zero ed è diretta verso l’interno del liquido.
La forma geometrica che presenta il rapporto più piccolo tra superficie e volume è la sfera pertanto piccolissime quantità di liquido assumono la forma di goccioline sferiche. Se tali gocce diventano più grandi, a causa del loro peso, subiscono una deformazione e pertanto assumono una forma di lacrima.
La tensione superficiale è la forza esercitata parallelamente alla superficie. Essa non è un valore costante ma dipende dalla temperatura, dalla pressione e dalla composizione del gas all’interfaccia.
Diffusione
La diffusione descrive il moto relativo delle singole molecole dovuta alla loro energia termica provocando movimenti casuali e irregolari. Essa può anche derivare da gradienti di pressione, temperatura, campi di forza esterni e gradienti di concentrazione
Idealmente si considera che la specie diffondente si muova con velocità costante lungo una linea retta fino a quando non si scontra con un’altra molecola. Ciò si traduce in un cambiamento della sua velocità in modulo e direzione. Queste collisioni fanno sì che le molecole si muovano a zigzag e la distanza di diffusione netta è solo una frazione della lunghezza del percorso effettivo. Poiché il numero di collisioni è funzione della densità, la velocità di diffusione nei liquidi è molto inferiore a quella dei gas. Al diminuire della pressione la velocità di diffusione può aumentare a causa del ridotto numero di collisioni. Lo stesso effetto può essere ottenuto da un aumento della temperatura dovuto alla maggiore velocità molecolare.
Viscosità
La viscosità è una misura della resistenza al flusso del liquido ed è misurata determinando la velocità con cui un liquido scorre attraverso un tubo di vetro di piccolo diametro. A parte l’azione frenante esercitata dalle pareti del condotto, sul liquido agisce una forza frenante che si esplica tra le molecole dello stesso rallentandone il movimento.
Per interpretare correttamente il fenomeno si deve ammettere che il movimento della massa, all’interno del dotto cilindrico, è la risultante dello spostamento di strati lamellari di sostanza. Ciascuno dei quali scorre su quello adiacente con una velocità che è massima per quello centrale e decresce gradualmente per quelli più esterni. La velocità diviene praticamente nulla per lo stato lamellare aderente alle pareti del condotto
La viscosità viene misurata determinando la velocità con cui un liquido o un gas scorre attraverso un tubo di vetro di piccolo diametro.
Incomprimibilità
Un liquido è un fluido il cui volume è costante a temperatura e pressione costanti. La comprimibilità dei liquidi è in genere molto bassa, e trascurabile se confrontata a quella dei gas, quindi i liquidi sono considerati incomprimibili.
Forze di attrazione intermolecolari
Le molecole nei liquidi subiscono interazioni intermolecolari che sono più deboli di quelle intramolecolari come legame ionico, metallico e covalente. I tre principali tipi di interazioni intermolecolari sono le interazioni dipolo-dipolo, le forze di dispersione di London e i legami a idrogeno.
Capillarità
La capillarità si verifica quando, ad esempio, un’estremità di un tubo di piccolo diametro è immersa in un liquido. Se le molecole del liquido sono fortemente attratte da quelle del tubo, il liquido penetra all’interno del tubo fino a quando il peso del liquido e le forze adesive sono in equilibrio. Quanto più piccolo è il diametro del tubo tanto maggiormente il liquido tende a salire.
L’altezza raggiunta da un liquido in un tubo capillare è data da:
h = 2 T cosθ/ rρg
dove T è la tensione superficiale del liquido, θ è l’angolo di contatto tra il liquido e il tubo, r è il raggio del tubo, ρ è la densità del liquido, e g è l’accelerazione di gravità.