Ciecz

Szklanka ciekłej wody

Ciecz – stan skupienia materii o właściwościach pośrednich między ciałem stałym a gazem.

Ciecz trudno zmienia objętość, ale łatwo zmienia kształt, z tego powodu przyjmuje formę naczynia, w którym się znajduje, ale w przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je całe. Jej objętość pozostaje w przybliżeniu stała, co wynika z niewielkiej ściśliwości spowodowanej silnymi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi. Powierzchnia styku cieczy z gazem lub próżnią nazywa się powierzchnią swobodną cieczy.

Istnienie cieczy ogranicza od strony niskich temperatur temperatura krzepnięcia, a od wysokich temperatura wrzenia. Czysta ciecz może istnieć w temperaturze niższej od temperatury krzepnięcia – nazywana jest wówczas cieczą przechłodzoną. Może ona także istnieć w temperaturze wyższej od temperatury wrzenia – jest wtedy nazywana cieczą przegrzaną. Ciecz przechłodzona lub przegrzana jest w nietrwałym stanie termodynamicznym i pod wpływem zanieczyszczenia lub zaburzenia odpowiednio krzepnie lub wrze. Niektóre substancje ciekłe o dużej lepkości nie krystalizują pozostając w stanie amorficznym, który wbrew często wyrażanej opinii nie jest cieczą przechłodzoną. Ciecze z reguły mają tylko jedną fazę. Wyjątkiem jest hel, który może występować w dwóch fazach ciekłych oraz ciekłe kryształy.

Własności cieczy wynikają z zachowania się jej cząsteczek:

• mają one pełną swobodę przemieszczania się w objętości zajmowanej przez ciecz
• występują między nimi oddziaływania międzycząsteczkowe, które w obrębie objętości cieczy znoszą się nawzajem
• oddziaływania międzycząsteczkowe nie znoszą się na granicy międzyfazowej cieczy z inną fazą na skutek czego występuje zjawisko zwane napięciem powierzchniowym.

Wizja klasycznej struktury cieczy jednoatomowej. Atomy mają wielu najbliższych sąsiadów w kontakcie, ale nie występuje w nich uporządkowanie dalekosiężne.

Molekuły cieczy wykazują częściowe uporządkowanie. Najbliżsi sąsiedzi każdej molekuły cieczy wykazują, średnio rzecz biorąc, pewne uporządkowanie, co do struktury i odległości. Najlepsze uporządkowanie wykazują cząsteczki w temperaturze bliskiej temperaturze krzepnięcia i maleje ono ze wzrostem temperatury. Odchylenia w uporządkowaniu nakładają się wraz z odległością, dlatego w cieczach nie ma uporządkowania dalekozasięgowego. Na uporządkowanie molekuł cieczy, a przez to i jej właściwości, wpływ mają własności tworzących ją molekuł, szczególnie ich oddziaływanie. Ciecze złożone z niepolarnych, sferycznych molekuł, których oddziaływania nie ulegają nasyceniu, wykazują prosty układ, określane są jako ciecze proste.

Woda jest typowym przykładem cieczy nieprostej. Cząsteczki wody są polarne, ich przeważające nad innymi wiązanie wodorowe jest anizotropowe i ulega wysyceniu. W temperaturze bliskiej temperaturze krzepnięcia cząsteczki wody tworzą strukturę podobną do struktury kryształu lodu, przy czym wiązania wodorowe ulegają deformacji przez zmianę odległości między cząsteczkami oraz kierunku wiązania, a niektóre ulegają zerwaniu. W powstające w ten sposób wolne miejsca zajmują częściowo cząsteczki o innym ułożeniu, co powoduje szybki zanik uporządkowania wraz z odległością

Ciecze kwantowe

W analogii do klasycznych cieczy wprowadza się pojęcie cieczy kwantowych, w których efekty kwantowe mają istotny wpływ na właściwości układu i nie może zostać pominięte.

Zobacz też

• ciekły kryształ