Kapalina

Šablona:Infobox Skupenství

Kapalina je jedno ze čtyř základních skupenství hmoty, charakterizované stálým objemem, ale proměnným tvarem, který se přizpůsobuje nádobě, v níž se nachází. Částice (atomy nebo molekuly) v kapalině nejsou vázány v pevných pozicích jako v pevné látce, ale ani se volně nepohybují jako v plynu. Drží pohromadě díky mezimolekulárním silám, ale mají dostatek kinetické energie na to, aby se mohly vzájemně pohybovat a "klouzat" po sobě. Spolu s plyny jsou kapaliny označovány společným názvem tekutina.

🔬 Fyzikální vlastnosti

Kapaliny vykazují řadu unikátních fyzikálních vlastností, které určují jejich chování a využití.

Tvar a objem: Kapaliny nemají vlastní tvar a kopírují tvar nádoby. Jejich objem je však za dané teploty a tlaku stálý.
Stlačitelnost: Kapaliny jsou považovány za téměř nestlačitelné. Tato vlastnost je klíčová pro fungování hydraulických zařízení, jako jsou brzdy nebo lisy.
Viskozita: Označuje vnitřní tření v kapalině, tedy její odpor proti tečení. Kapaliny s nízkou viskozitou (např. voda) tečou snadno, zatímco kapaliny s vysokou viskozitou (např. med nebo asfalt) tečou velmi pomalu. Viskozita kapalin s rostoucí teplotou výrazně klesá.
Povrchové napětí: Je způsobeno přitažlivými silami mezi molekulami na povrchu kapaliny, které způsobují, že se povrch chová jako tenká, pružná blána. Díky povrchovému napětí mohou některé druhy hmyzu (např. vodoměrky) chodit po vodní hladině a kapky v beztížném stavu zaujímají kulový tvar.
Kapilarita: Tento jev, související s povrchovým napětím a adhezí (přilnavostí) ke stěnám nádoby, způsobuje vzlínání nebo pokles hladiny kapalin v úzkých trubičkách (kapilárách). Díky kapilaritě mohou rostliny transportovat vodu z kořenů do listů.
Hustota: Hustota kapalin je obecně nižší než u jejich pevných forem, ale výrazně vyšší než u plynů. Významnou výjimkou je voda, která má největší hustotu při teplotě 3,98 °C (tzv. anomálie vody). Díky tomu led plave na vodě, což umožňuje přežití vodních ekosystémů v zimě.

🌡️ Fázové přechody

Kapaliny mohou měnit své skupenství v závislosti na změně teploty a tlaku. Tyto změny se nazývají fázové přechody.

Tání a tuhnutí: Tání je přechod z pevné látky na kapalinu, ke kterému dochází při dosažení teploty tání. Opačný proces se nazývá tuhnutí.
Vypařování a kondenzace: Vypařování je přeměna kapaliny na plyn, která může probíhat buď postupně z povrchu (odpařování), nebo v celém objemu při dosažení teploty varu (var). Opačným jevem je kondenzace (zkapalnění).
Sublimace a desublimace: Za určitých tlaků může látka přejít přímo z pevného do plynného skupenství (sublimace) nebo naopak (desublimace), aniž by prošla kapalnou fází.
Trojný bod: Specifická kombinace tlaku a teploty, při které mohou současně v rovnováze existovat všechny tři fáze – pevná, kapalná i plynná.

🧪 Typy kapalin a jejich využití

Kapaliny lze dělit podle jejich chemické struktury a vlastností, což předurčuje jejich široké využití.

Polární a nepolární kapaliny: Polární kapaliny (např. voda) mají nerovnoměrně rozložený elektrický náboj v molekule a dobře rozpouštějí jiné polární látky (např. sůl, cukr). Nepolární kapaliny (např. benzin, olej) rozpouštějí jiné nepolární látky.
Rozpouštědla: Mnoho kapalin slouží jako rozpouštědla v chemii, průmyslu i domácnostech. Umožňují vytváření roztoků a průběh chemických reakcí.
Hydraulické kapaliny: Využívají nízké stlačitelnosti k přenosu síly v brzdových systémech, lisech a těžké technice.
Paliva: Kapalná paliva jako benzín, nafta nebo petrolej jsou klíčovým zdrojem energie pro dopravu a průmysl.
Iontové kapaliny: Jsou to soli, které jsou kapalné již při teplotách pod 100 °C. Mají zanedbatelný tlak par, jsou nehořlavé a tepelně stabilní, což z nich činí ekologičtější alternativu k tradičním organickým rozpouštědlům v tzv. "zelené chemii". Používají se také jako elektrolyty v bateriích nebo při separaci plynů.

💡 Zajímavosti a moderní výzkum

Suprakapaliny: Jedná se o extrémní stav hmoty (např. helium při teplotách blízkých absolutní nule), kdy kapalina zcela ztrácí viskozitu a může protékat bez jakéhokoli tření, a dokonce vzlínat po stěnách nádoby.
Ferokapaliny: Jsou to kapaliny obsahující nanočástice železa, které silně reagují na magnetické pole. V přítomnosti magnetu vytvářejí fascinující trojrozměrné útvary připomínající ježky.
Leidenfrostův jev: Když kapka vody dopadne na povrch výrazně teplejší, než je její bod varu (např. na rozpálenou plotnu), nevypaří se okamžitě. Pod kapkou se vytvoří izolační vrstva páry, která ji nadnáší a umožňuje jí "tančit" po povrchu po mnohem delší dobu.
Nenewtonovské kapaliny: Tyto kapaliny mění svou viskozitu v závislosti na působící síle. Příkladem je směs kukuřičného škrobu a vody, která se při pomalém míchání chová jako kapalina, ale při prudkém úderu ztvrdne na pevnou látku.

🧠 Pro laiky: Co je to kapalina?

Představte si, že máte velký pytel plný malých kuliček. Když tento pytel položíte na zem, kuličky zůstanou pohromadě (mají stálý objem), ale celý pytel se rozlije do stran a přizpůsobí se tvaru podlahy. Přesně tak se chovají molekuly v kapalině. Jsou si blízko a drží se u sebe, ale nejsou pevně zamčené na jednom místě jako vojáci v útvaru (to by byla pevná látka). Místo toho se mohou volně převalovat a klouzat jedna po druhé. Proto když nalijete džus do sklenice, vezme si její tvar. Kdyby to byl plyn, molekuly by byly jako hejno splašených much, které by se rozletěly po celé místnosti a nevyplnily by jen sklenici. Kapalina je tedy něco mezi pevným pořádkem a naprostým chaosem.

Zdroje

```