Likido

Likidoen kopurua bolumen-unitatetan neurtzen da. Horien artean daude Nazioarteko Unitate Sistemako metro kubikoko unitatea (m³) eta bere dibisioak, bereziki dezimetro kubikoa, arruntago litroa deitua (1 dm3 = 1 L = 0,001 m3), eta zentimetro kubikoa, mililitro ere deitua (1 cm3 = 1 mL = 0,001 L = 10-6 m3)[5].

Likido kantitate baten bolumena bere tenperatura eta presioaren arabera finkatzen da. Likidoak, orokorrean, berotzen direnean hedatzen dira, eta, hozten direnean, uzkurtu egiten dira. 0 °C-tik 4 °C-ra bitarteko ura salbuespen nabarmena da[6].

Bestalde, likidoek ez dute konprimagarritasun handirik. Ura, adibidez, presio atmosferikoa handitzen den unitate bakoitzeko (bar) milioi bakoitzeko 46,4 zati baino ez dira konprimituko[7]. Giro-tenperaturan 4.000 bar inguruko presioan (400 megapascal edo 58.000 Psi), uraren bolumena %11 baino ez da jaisten. Konprimaezintasunaren ondorioz, likidoak egokiak dira energia hidraulikoa transmititzeko; izan ere, likido baten puntu bateko presio-aldaketa likidoaren gainerako zati guztietara murriztu gabe transmititzen da, eta oso energia gutxi galtzen da konpresio moduan.

Hala ere, konprimagarritasun hutsalak beste fenomeno batzuetara eramaten du. Hodien kolpekatzea, ariete kolpea deitua, balbula bat bat-batean ixten denean gertatzen da, sistemaren bidez, soinuaren abiadura baino pixka bat gutxiagora, atzerantz bidaiatzen duen balbulan presio tontor handi bat sortuz. Likidoaren konprimaezintasunak eragindako beste fenomeno bat kabitazioa da. Likidoek elastikotasun gutxi dutenez, literalki, turbulentzia handiko edo norabide-aldaketa dramatikoko eremuetan bana daitezke, itsasontzi baten helizearen arraste-ertzean edo hodi baten ertz zorrotz batean, adibidez. Presio txikiko (hutsa) eremu batean likidoa lurrundu egiten da eta burbuilak sortzen ditu, gero presio handiko eremuetan sartzean kolapsatu egiten direnak. Horren ondorioz, likidoak burbuilek utzitako barrunbeak indar lokalizatu izugarriarekin betetzen ditu, alboko edozein azalera solido higatuz[8].

Formula sinple baten bitartez dentsitate konstantea duen likido batek eragiten duen ${\displaystyle \ p}$ presioa jakin daiteke puntu zehatz batean:

${\displaystyle \ p=p_{0}+\rho g(z_{0}-z)}$

non:

• ${\displaystyle z_{0}\,}$ = erreferentzi puntuaren sakonera.
• ${\displaystyle p_{0}\,}$ = dagoeneko ezaguna den erreferentzi puntuaren presioa.
• ${\displaystyle \ \rho }$ = dentsitatea.
• ${\displaystyle \ g}$ = grabitateak eragiten duen azelerazioa.
• ${\displaystyle \ z}$ = presioa ezagutu nahi dugun puntuaren sakonera.

Eremu grabitatorio uniformeetako likido estatikoek flotagarritasunaren fenomenoa ere erakusten dute, non likidoan murgildutako objektuek indar garbia jasaten duten sakonerarekin presioa aldatzearen ondorioz. Indarraren magnitudea objektuak desplazatutako likidoaren pisuaren berdina da, eta indarraren norabidea objektu murgilduaren batez besteko dentsitatearen araberakoa da. Dentsitatea likidoarena baino txikiagoa bada, flotazio-indarrak gorantz seinalatzen du eta objektuak flotatzen du; aldiz, dentsitatea handiagoa bada, flotazio-indarrak beherantz seinalatzen du eta objektua hondoratu egiten da. Hau Arkimedesen printzipioa bezala ezagutzen da[5].

Uraren gainazaleko uhinak.

Likido baten bolumena ontziaren bolumenarekin bat ez badator, azalera bat edo gehiago ikusten dira. Gainazal baten presentziak solteko likido batean agertzen ez diren fenomeno berriak sartzen ditu. Hau, azalera bateko molekula batek beste molekula likido batzuekin loturak dituelako da, soilik azaleraren barnealdean, gainazaleko molekulak barnealdera eramaten dituen indar garbi bat suposatzen duena. Modu baliokidean, indar hau energia terminoetan deskriba daiteke: azalera jakin baten eraketari lotutako energia kopuru finko bat dago. Kopuru hau azaleko tentsioa deritzon propietate material bat da, area-unitateko energia-unitateetan (NUS unitateak: ${\displaystyle J/m^{2}}$). Molekula arteko indar handiko likidoek azaleko tentsio handiak izateko joera dute[6].

Azaleko tentsioaren inplikazio praktiko bat da likidoek beren azalera minimizatzeko joera dutela, tanta eta burbuila esferikoak eratuz, bestelako mugarik ez badago behintzat. Azaleko tentsioa beste fenomeno batzuen erantzulea da, azaleko uhinak, kapilaritatea, hezetzea eta olatuak barne. Nanoeskalan konfinatutako likidoetan, gainazalaren efektuek paper menderatzailea izan dezakete; izan ere, likidoaren lagin makroskopiko batekin alderatuta, molekulen zati askoz handiago bat gainazal batetik gertu dago.

Likido baten gainazaleko tentsioak zuzenean eragiten dio hezetasunari. Likido arrunt gehienek hamarnaka ${\displaystyle mJ/m^{2}}$ko tentsioak dituzte, eta, beraz, olio-, ur- edo itsasketa-tantak erraz fusionatu eta beste gainazal batzuetara atxiki daitezke; merkurioa bezalako metal likidoek, berriz, ehunka mJ/m2-ko tentsioak izan ditzakete, eta, beraz, tantatxoak ez dira erraz konbinatzen eta gainazalak baldintza espezifikoetan soilik busti daitezke.

Likido arrunten azaleko tentsioek balio tarte estu samarra hartzen dute, eta horrek kontraste handia egiten du beste propietate mekaniko batzuetan behatutako aldakuntza itzelarekin, biskositatea kasu[9].

Bi substantzia desberdinen biskositatearen simulazioa

Likidoen ezaugarria da barneko indarrak ez daudela erabateko deformazioaren mende, nahiz eta normalean bai egon deformazio-abiaduraren mende, hau da, solido deformagarriak likidoetatik bereizten dituena. Fluido errealak biskositate izeneko jarioarekiko erresistentzia izateagatik bereizten dira (solido biskoelastikoetan ere agertzen dena). Horrek esan nahi du, praktikan, likido batean abiadura mantentzeko beharrezkoa dela indar edo presio bat aplikatzea, eta indar horrek fluidoaren mugimendua eteten badu, azkenik, denbora mugatu baten ondoren amaitzen dela[10].

Likido baten biskositatea hazi egiten da bere masa molarra handitzean eta tenperatura handitzean. Biskositatea likidoa osatzen duten molekulen konplexutasunarekin ere lotuta dago: gas geldo likidotuetan baxua da eta olio astunetan altua. Fluido ororen (likidoak edo gasak) ezaugarri bereizgarria da.

Biskositatea fluido baten desplazamenduarekiko erresistentziaren neurri bat da, presio diferentzia bat dagoenean. Likido edo gas bat jariatzen denean, suposatzen da geruza egonkor bat dagoela, likido edo gasezkoa, fluxua agertzen den materialaren gainazalean itsatsia. Bigarren geruzak gainazaletik itsatsitako geruzarekin egiten du talka, eta bigarrenak hirugarren batekin, eta horrela hurrenez hurren. Segidako geruzen arteko marruskadura hori fluxuarekiko aurkakotasunaren arduraduna da, hau da, biskositatearen arduraduna.

Nazioarteko Unitate Sisteman biskositatea pascal-segundotan neurtzen da (Pa·s), edo N·s·m^-2, edo kg·m⁻¹·s⁻¹. CGS sisteman poisea erabiltzen da.

Biskositatea murriztu egiten da likidoetan tenperatura igotzean, nahiz eta likido gutxi batzuek biskositatea handitzen duten berotzen direnean. Gasen kasuan, biskositatea handitu egiten da tenperatura igotzean.

Likido baten biskositatea biskosimetro baten bidez zehazten da, hauen artean erabiliena Ostwaldena delarik[11]. Hau biskositate erlatiboa zehazteko erabiltzen da, hau da, normalean ura den likido patroi baten biskositatea ezagututa, likido arazotsuaren biskositatea lortzen da ekuaziotik abiatuta:

${\displaystyle '''{n_{1} \over n_{2}}={\frac {d_{1}\times t_{1}}{d_{2}\times t_{2}}}'''}$

Likido konfinatuek hainbat propietate mekaniko izan ditzakete likido askeen aldean. Adibidez, konfinamendu submilimetrikoaren pean dauden likidoek (adibidez, horma zurrunen arteko zuloan) solidoen antzeko erantzun mekanikoa erakusten dute, eta maiztasun txikiko zizailatze elastikoko modulu bat dute, harrigarriro handia, konfinamenduaren luzeraren alderantzizko potentzia kubikoarekin eskalatzen duena[12].

Soinuaren abiadura liki batean ${\displaystyle c={\sqrt {K/\rho }}}$ formula bidez ebazten da, non ${\displaystyle K}$ likidoaren konprimagarritasun modulua den eta ${\displaystyle \rho }$ dentsitatea. Adibide gisa, uraren konprimagarritasun modulua 2,2 GPa da eta dentsitatea 1000 kg/m³, beraz c = 1.5 km/s da.[13]

Fase diagrama tipikoa. Puntu-lerroak uraren portaera anomaloa ematen du. Lerro berdeek izozte-puntua presioarekin nola alda daitekeen erakusten dute, eta lerro urdinak irakite-puntua presioarekin nola alda daitekeen. Marra gorriak sublimazioa edo deposizioa gerta daitekeen muga erakusten du.

Irakite-puntua baino tenperatura txikiagoan, forma likidoko edozein materia lurrundu egingo da gas-kondentsazioa orekara iritsi arte. Puntu horretan, likidoa lurruntzen den abiadura berean kondentsatuko da gasa. Beraz, likido bat ezin da etengabe existitu lurrundutako likidoa etengabe mugitzen bada. Likido bat, bere irakite-puntuan, gasak egungo presioan kondentsatu dezakeena baino azkarrago lurrunduko da. Bere irakite-puntuan edo gainetik dagoen likido batek, normalean, irakin egingo du, nahiz eta gainberotzea zenbait egoeratan ekidin dezakeen.

Izozte-puntua baino tenperatura txikiagoan, likido bat kristalizatzeko joera izango du, bere forma solidora aldatuz. Gaserako trantsizioan ez bezala, presio konstanteko trantsizio honetan ez dago orekarik, eta, beraz, superhoztea gertatzen ez bada, likidoa erabat kristalizatuko da. Ikusi behar da hori presio konstantean baino ez dela gertatzen, eta, beraz, adibidez, ontzi itxi eta indartsu batean ura eta izotza bi faseak batera gertatzen diren oreka batera irits litezke. Solidotik likidorako kontrako trantsiziorako, ikus urtzea.

Fase-diagramak azaltzen du zergatik ez diren existitzen likidoak espazioan edo beste edozein hutsunetan. Presioa zero denez (planeta eta ilargien gainazal edo barrualdeetan izan ezik), ura eta espazioaren eraginpean dauden beste likido batzuk berehala irakin edo izoztuko dira tenperaturaren arabera. Lurraren inguruko espazioan, ura izoztu egingo da Eguzkia zuzenean haren gainean eragiten ari ez bada, eta lurrundu (sublimatu) egingo da eguzki-argian egon bezain laster. Ura, Ilargian izotza bezala existitzen da[14], Eguzkiak inoiz distiratzen ez duen eta inguruko arrokak gehiegi berotzen ez duen itzal-zuloetan bakarrik existi daiteke. Saturnoren orbitatik gertu dagoen tokiren batean, eguzkiaren argia ahulegia da izotza sublimatu ur lurrun bihurtzeko. Hau argi dago Saturnoren eraztunek osatzen duten izotzaren tamainagatik[15].

Likidoek disoluzioak sor ditzakete gasekin, solidoekin eta beste likido batzuekin.

Esaten denez, bi likido solugarri dira edozein proportziotan soluzio bat osa badezakete; bestela, disolbaezinak dira. Adibidez, ura eta etanola (edateko alkohola) solugarriak dira, eta ura eta gasolina, berriz, disolbaezinak. Kasu batzuetan, bestela ukaezinak izango liratekeen likidoen nahasketa bat egonkortu egin daiteke emultsio bat sortzeko, non likido bat bestean barreiatzen den tanta mikroskopiko gisa. Normalean, tentsoaktibo bat behar izaten da tantatxoak egonkortzeko. Emultsioaren adibide ezagun bat maionesa da, ur eta olio nahasketa bat, lezitinarekin egonkortzen dena, arrautza gorringoetan dagoen substantzia bat[16].

Likido monoatomiko baten egitura sinplifikatua.

Likido batean, atomoek ez dute kristal-sare bat osatzen, eta ez dute irismen luzeko beste ordena-formarik erakusten. Hau X izpietan Bragg tontorrik ez egoteagatik eta neutroien difrakzioagatik nabarmentzen da. Baldintza normaletan, difrakzio-patroiak simetria zirkularra du, likidoaren isotropia adieraziz. Norabide erradialean, difrakzioaren intentsitatea leunki kulunkatzen da. Hau, normalean, S(q) egitura estatikoaren faktorearen bidez deskribatzen da, ${\displaystyle q=(4\pi /\gamma )sin\theta }$ uhin-luzerarekin, zundaren (fotoia edo neutroia) uhin luzerak eta Braggen angeluak emanda ${\displaystyle \theta }$. S(q)ren oszilazioek likidoaren hurbileko ordena adierazten dute, hau da, atomo baten eta hurbilen dauden bizilagunen geruza gutxi batzuen arteko korrelazioak, bigarren lekuan hurbilago daudenak...

Korrelazio hauen deskribapen intuitiboagoa g(r) banaketa erradialaren funtzioak ematen du, funtsean S(q)ren Fourerren transformatua dena. Likidoan pareen korrelazioen bat-bateko denborazko batez besteko espazial bat adierazten du.

Solidoen hedapen atomiko/molekularreko (edo partikulen desplazamenduko) mekanismoek lotura estua dute material likidoen fluxuaren biskositatearekin eta solidotzearen mekanismoekin. Biskositatearen deskribapenak, likidoaren barruko "espazio libre" molekularraren terminoetan, egoera likidoan tenperatura arruntetan "lotuta" dauden molekulen berri emateko behar izan zen moduan aldatu ziren. Zenbait molekula elkartutako molekula bat osatzeko konbinatzen direnean, sistema erdizurrun baten barruan, lehen, molekula mugikorretarako espazio libre bezala erabilgarri zegoen espazio kopuru bat gordetzen dute. Beraz, hoztean biskositatea handitzearen arrazoia substantzia gehienek hoztearekin erlazionatzeko duten joera da[18][19].

Antzeko argudioak erabil litezke presioak biskositatean dituen ondorioak deskribatzeko, zeinetan pentsa baitaiteke biskositatea bolumenaren funtzio bat dela nagusiki likido konpresibilitate finituarekin. Beraz, biskositatea handitzea espero da, presioa handitzearekin batera. Gainera, bolumena beroaren bidez hedatzen bada baina berriro presioaren bidez murrizten bada, biskositateak berdina izaten jarraitzen du.

Molekulak talde txikietan orientatzeko tokiko joerak nolabaiteko lotura ematen dio likidoari (lehen aipatu bezala). Lotura honek likido baten barnean "barne presio" handi bat sortzen du, ia erabat, denbora abiadura baxuen ondorioz (Maxwellen banaketari jarraituz) beste molekula batzuekin fusionatu diren molekulei zor zaiena. Molekula horietako batzuen arteko barne-presioa forma solidoan molekula talde baten artean dagoenari dagokio.