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[[File:Glass_with_liquid.jpg|thumb|液体形状能受容器形状影响。]]
[[File:solid liquid gas.svg|thumb|气体、液体、固体（由上而下）：不同的分子排列结构。]]
'''液体'''（{{lang-en|Liquid}}）是[[物质状态|物质的四个基本状态]]之一（其它状态有[[固体]]、[[气体]]、[[等离子体]]），没有固定的形状，但有一定体积，具有[[運動 (物理學)|移动]]与[[转动]]等运动性。液体是由经分子间作用力结合在一起的微小振动粒子（例如原子和分子）组成。水是[[地球]]上最常见的液体。和气体一样，液体可以流动，可以容纳于各种形状的容器。有些液体不易被压缩，而有些则可以被压缩。和气体不同的是，液体不能扩散布满整个容器，而是有相对固定的密度。液体的一个与众不同的属性是表面张力，它可以导致[[浸润|浸润现象]]。

液体的密度通常接近于固体，而远大于气体。因此，液体和固体都被归为[[凝聚态物理学|凝聚态物质]]。另一方面，液体和气体都可以流动，都可被称为[[流体]]。虽然液态水在地球上很丰富，但在已知的宇宙中，液态并不是最常见的物态。因为液体的存在需要相对较窄的[[温度]]和[[压强]]范围。宇宙中最常见的物态是气体（如星际云气）和等离子体（如[[恒星]]中）。

==簡介==
[[File:Hot and cold water immiscibility thermal image.jpg|thumb|一箱熱水中加入冷水的熱顯像圖，可以看到熱水和冷水相互的流動]]
液體是[[物質狀態|物質的四個基本狀態]]之一，其它基本狀態為[[固體]]、[[氣體]]及[[電漿體]]。与固體不同的是液体属于流体，液體中的分子自由度較高，可以移動。在固體中使分子固定不動的力，在液體中只是暫時性的，因此液體可以流動。

液體和氣體一樣都有流體的特質。液體沒有一定的形狀，會順著容器的外形而改變，若是在密封容器中，容器每個表面都會受到相同的壓強。液體和氣體也有不同之處：氣體一定可以和另一氣體均勻混合，液體則不然，兩種液體（例如水和油）可能無法均勻混合。液體也不會填滿容器中所有的空間，會產生液體本身的-{表}-面，除非受到高壓壓縮，液體受壓縮後的體積變化不大，因此液體適用在像[[水力學]]的應用中。

液體的粒子結合的非常牢固，但不是剛性結合，粒子之間有一定的自由度可以移動。溫度上升時．分子的振動增加，使得分子之間的距離也會增加。當液體的溫度到達沸點時，分子之間的內聚力消失，因此液體會轉變為氣體（除非出現[[過熱]]情形）。當溫度下降時，分子之間的距離減少。當溫度低到[[凝固點]]時，分子會排列成一種特殊的形式．稱為結晶，而分子之間的內聚力越來越強，液體會轉變為固體（除非出現[[過冷]]情形）。

== 舉例 ==
常温常压下，只有2种元素单质呈液态：[[汞]]和[[溴]]。另有4种元素单质熔点略高于室温：[[钫]]（其推測的熔点高于室温）、[[铯]]（熔点28.44 °C）、[[鎵]]（熔点29.7646 °C）和[[铷]]（熔点39.31 °C）<ref>Theodore Gray, The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe New York: Workman Publishing, 2009 p.127 ISBN 978-1-57912-814-2</ref>。室温下为液态的合金包括[[钠钾合金]]，易熔化的[[镓铟锡合金]]，及一些[[汞合金]]。

常温下呈液体的純物質包括[[水]]、[[乙醇]]及许多有机溶剂。液態水在化學及生物學上相當重要，一般認為是[[生命]]存在必須的物質。

無機液體包括[[水]]、許多[[無機非水溶劑]]及[[無機酸]]。

日常會用到的液體中包括許多水溶液，例如家用的[[漂白水]]、像是[[礦物油]]及[[石油]]等不同物質的混合物、像[[蛋黃醬]]或[[油醋汁]]等[[乳濁液]]、像[[血]]之類的[[悬浊液]]，以及像[[油漆]]及[[牛奶]]等[[膠體]]。

許多氣體可以用冷卻的方式[[液化]]，產生像[[液氧]]、[[液氮]]、[[液氫]]、[[液氦]]及[[液氨]]等液體，但不是所有氣體都可以在一般大氣壓下液化，像[[二氧化碳]]只能在高於5.1[[大氣壓]]的條件下液化。

一些物质无法归类到三种状态中的一种，它们同时具有类液体和类固体的性质。例如[[液晶]]和[[生物膜]]。

==應用==
液体有許多不同的用途，像是潤滑、溶劑及冷卻等。在液壓系統中用液体來傳輸功率。

在[[磨潤學]]中會研究液体當作[[潤滑劑]]時的一些性質，潤滑劑一般是特別選擇的油，在[[工作溫度|操作溫度]]範圍內有適當的[[黏度]]及流動性。因為油類的潤滑性質良好，常用在[[引擎]]、[[傳動系統]]、[[金屬加工]]以及液壓系統中<ref name="MangDresel2007">{{cite book|author1=Theo Mang|author2=Wilfried Dresel|title=Lubricants and Lubrication|url=http://books.google.com/books?id=UTdfxf2rkNcC|date=27 February 2007|publisher=John Wiley & Sons|isbn=978-3-527-61033-4|access-date=2014-08-01|archive-date=2020-07-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20200726145928/https://books.google.com/books?id=UTdfxf2rkNcC|dead-url=no}}</ref>。

許多的液體會用做[[溶劑]]，溶解其他液體或固體，形成[[溶液]]或[[膠體]]，可以用在[[塗料]]、{{link-en|密封剂|sealant}}及[[黏合劑]]上。在工業上常用[[石腦油]]及[[丙酮]]來清除零件及機械上的油類、油脂及焦油。[[體液]]是身體中的溶液或悬浊液，其主要成份是水。

[[表面活性剂]]常用在[[肥皂]]及[[清潔劑]]中，像[[乙醇]]等溶劑常用作[[抗微生物剂]]，液體也會用在[[化妝品]]、[[墨水]]及液態[[染料激光器]]中。液體也用在食品產業中，例如萃取[[植物油]]的製程。<ref name="Wypych2001">{{cite book|author=George Wypych|title=Handbook of Solvents|url=http://books.google.com/books?id=NzhUTvUkpDQC&pg=PA847|year=2001|publisher=ChemTec Publishing|isbn=978-1-895198-24-9|pages=847–|access-date=2014-08-02|archive-date=2021-04-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20210418090145/https://books.google.com/books?id=NzhUTvUkpDQC&pg=PA847|dead-url=no}}</ref>

液體有比氣體高的[[熱導率]]，而且可以流動，因此液體適合用來將熱量從機械元件中移除。熱可以由讓液體流過[[熱交換器]]的方式移除，或者是讓液體[[蒸發]]，帶走熱量.<ref>N. B. Vargaftik ''Handbook of thermal conductivity of liquids and gases'' CRC Press 1994 ISBN 978-0-8493-9345-7</ref>。水或是[[乙二醇]]常用在[[引擎]]的散熱系統，避免引擎過熱<ref>Jack Erjavec [http://books.google.com/books?id=U4TBoJB2zgsC&pg=PA309''Automotive technology: a systems approach''] {{Wayback|url=http://books.google.com/books?id=U4TBoJB2zgsC&pg=PA309 |date=20210418090854 }} Delmar Learning 2000 p. 309 ISBN 978-1-4018-4831-6</ref>。核反應爐中用散熱系統的冷媒包括[[水]]，以及像[[鈉]]或[[鉍]]等反應溫度下為液態的金屬<ref>Gerald Wendt''The prospects of nuclear power and technology'' D. Van Nostrand Company 1957 p. 266</ref>。液態[[裝藥|推進劑]]會形成薄膜，冷卻[[火箭]]的推進室<ref>''Modern engineering for design of liquid-propellant rocket engines'' by Dieter K. Huzel, David H. Huang – American Institute of Aeronautics and Astronautics 1992 p. 99 ISBN 978-1-56347-013-4</ref>。在[[机械加工]]時．水和油用來移除在加工時產生的熱量，若不移除熱量，工件及刀具會快速的因高熱受損。在[[流汗]]時，汗液中的水蒸發，帶走皮膚的熱量。在[[暖通空調]]（HVAC）中，常用水或其他液體作為[[工質]]，將熱量由一處帶到另一處。<ref>Thomas E Mull ''HVAC principles and applications manual'' McGraw-Hill 1997 ISBN 978-0-07-044451-5</ref>

液體是液壓系統中的重要元件，利用[[帕斯卡定律]]傳遞{{link-en|液压动力|fluid power}}。像[[泵浦]]及[[水車]]機械從古代就開始使用，可以將液體的運動和[[機械功]]之間進行轉換。{{link-en|液壓泵浦|hydraulic pump}}會對液壓油施力，將力傳遞到[[液壓缸]]中。在許多應用中都會用到液壓系統，例如車輛[[煞車]]及傳動，[[工程作業車輛]]及[[飛機]]的控制系統。[[液壓沖床]]用在許多不同的應用中，包括生產製造、沖製工件、夾具及成形。<ref>R. Keith Mobley [http://books.google.com/books?id=8DyLdlfJzoMC&pg=PA1 ''Fluid power dynamics''] {{Wayback|url=http://books.google.com/books?id=8DyLdlfJzoMC&pg=PA1 |date=20210418073122 }} Butterworth-Heinemann 2000 p. vii ISBN 978-0-7506-7174-3</ref>

液體有時也用在量測設備中，像[[溫度計]]就是利用液體（例如[[汞]]）的[[熱膨脹]]特性，以及可以流動的特性量測溫度。[[压力计]]是利用液體的重量來量測[[氣壓]]。<ref>Bela G. Liptak [http://books.google.com/books?id=pPMursVsxlMC&pg=PA807 ''Instrument engineers' handbook: process control''] {{Wayback|url=http://books.google.com/books?id=pPMursVsxlMC&pg=PA807 |date=20210418064128 }} CRC Press 1999 p. 807 ISBN 978-0-8493-1081-2</ref>

== 力学性质 ==
=== 体积 ===
液体的量通常用体积度量。体积單位包括[[國際單位制]]的單位[[立方公尺]]（m<sup>3</sup>）以及其衍生單位，較常用的是也可以稱為[[公升]]的立方公寸（1 dm<sup>3</sup> = 1 L = 0.001 m<sup>3</sup>），以及也可以稱為[[毫升]]的立方公分（1&nbsp;cm<sup>3</sup> = 1 mL = 0.001 L = 10<sup>−6</sup> m<sup>3</sup>）。

一的定量液体的体积由其温度和压强决定。一般情况下，液体热胀冷缩，但水在0-4 °C时则相反。液体的[[壓縮性|压缩率]]很小，例如使水的密度增加1/1000需要200巴压强。在[[流体动力学]]的研究中，特別是在研究[[不可壓縮流]]時，通常将液体视为不可压缩的。

=== 壓力和浮力 ===
{{main|流体静力学}}
在[[引力场]]（也叫[[重力场]]）中，液体对容器壁和任何液体中的物体产生壓力。这一壓力指向各个方向，并随深度增加而增加。在均匀的引力场中，静止的液体在深度''h''处的壓力''p''为：
:<math>p=\rho g h\,</math>
这里
:<math>\rho\,</math>为液体在该温度下的密度（假设为常数）
:<math>g\,</math>为[[重力加速度]]
需要注意的是此公式假设自由表面处的壓力为0，并且忽略了[[表面张力]]的影响。

{{main|浮力}}
浸入液体的物体受到浮力的作用。（在其他的流体中也有浮力作用，但由于液体密度大而特别显著）

=== 表面 ===
{{main|表面科学}}
[[File:2006-01-14 Surface waves.jpg|thumb|250px|水面上的表面波]]
除非液体的体积与密闭容器相等，液体会产生一个表面。液体表面像一层弹性膜，表面张力在其上产生，液滴和气泡也由此产生。[[表面波]]，[[毛细现象]]，[[浸润]]，表面张力波的形成也都与表面张力相关。

=== 流動 ===
{{main|流体力学|流体动力学}}
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（黏滯係數低）的液體，具越佳流動性。
當液體[[過冷]]，向[[玻璃态]]轉化時，黏度會急速上升，該液體會成為[[黏彈性]]的[[传输介质|媒介]]，並具有固體的[[彈性]]及液體的流動性，而這個現象取決於觀察的時間及擾動的頻率。

===声音传播===
{{main|音速}}
在液体中，仅有的非零[[刚度]]是体积变形（液体不能保持剪切力）。因此，声音在液体中的传播速度为
<math>c = \sqrt {K/\rho}</math>，这里''K''是流体的[[体积模量]]，''ρ''是密度。比如纯净水中的音速为''c''=1497[[米每秒|m/s]]（在25℃时）。

==熱力學==

===相變===
{{main|沸騰|沸點|熔化|熔點}}
[[File:Phase-diag-Xiang-zh-hant.svg|class=skin-invert-image|thumb|300px|典型的[[相圖]]，點線是說明[[水]]的異常特性，綠線說明[[凝固點]]和壓強的關係，藍線說明[[沸點]]和壓強的關係變化，紅線表示可能出現[[昇華]]或[[凝華]]的條件]]

當液體位於一個低於[[沸點]]的溫度時，液體中的成份會蒸發，而氣體的成份也會凝結，直到兩者平衡為止，也就是氣體凝結的速率等於液體蒸發的速率。因此若將一液體蒸發後的蒸氣持續移除，液體最後一定會完全蒸發。若液體的溫度到達[[沸點]]時，其蒸發的速率會比凝結的速度要快，溫度到達或超過沸點的液體多半會[[沸騰]]，但有時會有液體溫度超過沸點，但不會沸騰的情形，稱為[[過熱]]。

若液體的溫度低於[[凝固點]]時，液體會開始[[結晶]]，轉變為固體。這和液體轉變為氣體不同，在定壓下沒有相變化的平衡，因此只要沒有出現[[過冷]]現象，液體最後會完全轉變為固體。

增[[温度|温]]或减[[压强|压]]一般能使液体气化，成为[[气体]]，例如将[[水]]加温成[[水蒸气]]。加压或降温一般能使液体固化，成为[[固体]]，例如将[[水]]减温成[[冰]]。然而，仅加压并不能使所有气体液化，如[[液态氧|氧]]，[[液态氢|氢]]，氦等。

===太空中的液體===
在相圖中，液態只出現在壓強超過一定值的條件下，這也說明為何太空或其他真空中不會有液體。因為其壓強為零（除非在行星或恆星的大氣層或是內部），水或其他液態的物質在太空中會依其溫度不同，可以會沸騰或是凝固。在靠近地球的太空中，若太陽沒有照射到，太空中的水會結冰，若太陽有照射到，水就會沸騰汽化。在土星軌道附近的太空，因為太陽光太弱，無法使太空中的冰昇華，像土星的[[土星環]]即為一例。

===溶液===
{{main|溶液}}
兩液體之間可能會無法[[混溶]]，像{{link-en|義大利沙拉醬|Italian dressing}}中的[[水]]和[[植物油]]即為一例。像水和[[乙醇]]就可以混溶，也就是可以以任意比例混合成溶液。若要將溶液等混合物中的各成份分離，需要透過[[分餾]]的技術。

==微觀性質==
===靜態結構係數===
[[File:Teilchenmodell Flüssigkeit.svg|thumb|right|200px|典型單原子液體的結構，原子會和許多鄰近的原子接觸，但沒有长程的有序性]]

在液體中，原子不會形成晶格，也沒有任何长程的有序性，這可以從[[X射線晶體學|X射線繞射]]及[[中子衍射技術]]沒有[[布拉格尖峰]]看出。在正常情形下，其繞射的訊號會有圓周的對稱性，表示液體的[[各向同性]]，在徑向的衍射強度會有輕微的振盪，可以用靜態[[結構因子]]''S(q)''描述，其中q為波數''q''=(4π/λ)sinθ，由光子或中子的波長λ和布拉格角θ計算而得。''S(q)''的振盪表示液體中的「鄰近度」，也就是和原子最近的一群原子其距離多遠，和原子第二近的一群原子其距離多遠……。

更直觀的說明方式是[[徑向分布函數]]''g(r)''，基本上是''S(q)''的[[傅里叶变换]]，是液體某一時刻[[對關聯]]的空間平均值。

[[File:Lennard-Jones Radial Distribution Function.svg|class=skin-invert-image|thumb|300px|[[蘭納-瓊斯勢]]流體的徑向分布函數]]

===聲音的散射和結構的弛豫===
上述音速的公式<math>c = \sqrt {K/\rho}</math>中包括[[體積模量]] ''K''。若''K''不隨頻率變化，則液體為{{link-en|线性介质|linear medium}}，因此聲音的傳播不會[[耗散]]，也不會需要{{link-en|模式耦合|mode coupling}}。實際上，液體都會有少許的[[声频散]]：隨著頻率增加，''K''由低頻類似液態的<math>K_0</math>轉變為高頻，類似固態的<math>K_\infty</math>。許多的液體，其切換都出現在GHz到THz的範圍之間，有時稱為过音频（hypersound）。

一般液體在GHz以下的頻率中不會有[[剪應力]]：因此低頻的[[剪切模量]]為<math>G_0=0</math>，有時這也視為是液體的基本性質<ref>{{cite journal|title=On the stability of crystal lattices. I|journal=Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society|doi=10.1017/s0305004100017138|url=https://www.cambridge.org/core/journals/mathematical-proceedings-of-the-cambridge-philosophical-society/article/on-the-stability-of-crystal-lattices-i/E5FB4D987FC3FE1FF02DECDE41D550F1|date=1940/04|volume=36|issue=2|pages=160–172|issn=1469-8064|language=en|accessdate=2018-04-03|author=Max Born|archive-date=2020-11-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20201113162124/https://www.cambridge.org/core/journals/mathematical-proceedings-of-the-cambridge-philosophical-society/article/on-the-stability-of-crystal-lattices-i/E5FB4D987FC3FE1FF02DECDE41D550F1|dead-url=no}}</ref><ref>{{cite journal|url=http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1750497|pages=591–603|title=Thermodynamics of Crystals and Melting|journal=The Journal of Chemical Physics|volume=7|issue=8|author=Max Born|doi=10.1063/1.1750497|access-date=2018-04-03|archive-date=2020-06-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20200610214320/https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1750497|dead-url=no}}</ref>。不過就像體積模量''K''一樣，剪切模量''G''也會隨頻率變化，在过音频也會出現類似的現象，由類似液態的<math>G_0</math>變為類似固態，不為0的<math>G_\infty</math>。

== 参考文献 ==
=== 引用 ===
{{Reflist}}

=== 来源 ===
; 书籍
* J. P. Hansen, I. R. Mcdonald: ''Theory of simple Liquids''. Elsevier Academic Press, 2006, ISBN 978-0-12-370535-8
* M. P. Allen, D.J. Tildesly: ''Computer Simulation of Liquids''. Oxford University Press, 1989, ISBN 978-0-19-855645-9

== 參見 ==
{{Portal box|物理学}}
* [[凝固]] [[固體]] [[融化]]
* [[氣化]] [[氣體]] [[液化]]
* [[流体]]
* [[黏性]]
* [[表面张力]]
* 涟漪（水面的[[表面張力波]]）

{{-}}
{{Phase of matter}}
{{Authority control}}

[[Category:液体| ]]
[[Category:物质状态|*Liq]]
[[Category:黏性]]