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2025-07-23T15:49:43Z

Makroskopische Beschreibung und Eigenschaften: BKL Fix

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[[Datei:Teilchenmodell Flüssigkeit.svg|mini|Teilchenmodell einer Flüssigkeit – die Teilchen berühren sich, sind aber nicht strukturiert angeordnet, wie bei einem [[kristallin]]en Festkörper. Ein [[amorph]]er Festkörper weist hingegen eine ähnliche Struktur auf und ist mit einer hochviskosen (steifen) Flüssigkeit vergleichbar.]]

Eine '''Flüssigkeit''' ist [[Materie (Physik)|Materie]] im ''flüssigen [[Aggregatzustand]]''. Nach einer makroskopischen Definition handelt es sich um einen plastisch verformbaren [[Stoff (Chemie)|Stoff]], der einer [[Verformung|Formänderung]] einen geringen, einer [[Volumen]]änderung hingegen einen großen Widerstand entgegensetzt. Flüssigkeiten sind nahezu [[Inkompressibilität|inkompressibel]].

Nach einer mikroskopischen Definition ist eine Flüssigkeit ein Stoff mit einer dichten und unstrukturierten Molekülanordnung. Die Moleküle unterliegen keiner [[Fernordnung]], jedoch einer [[Nahordnung]],
sowie einer ständigen [[Translation (Physik)|nichtperiodischen Bewegung]], deren [[mittlere freie Weglänge]] in der Größenordnung des Teilchendurchmessers liegt.
Die Teilchen einer Flüssigkeit werden von [[Zwischenmolekulare Kräfte|zwischenmolekularen Kräften]] aneinander gehalten. Beim Anstieg der Temperatur oder Abnahme des Drucks verringern sich die anziehenden Kräfte zwischen den Teilchen. Ab einem bestimmten Punkt überwiegen die abstoßenden Kräfte und es kommt zum [[Phasenübergang]]. Dabei entfernen sich die Teilchen voneinandern und die Flüssigkeit wandelt sich zu einem [[Gas]], dessen Moleküle sich frei im Raum bewegen und überwiegend durch Kollision miteinander interagieren.

Wie ein Gas nimmt eine Flüssigkeit die Form des sie umfassenden Gefäßes an. Im Gegensatz zum Gas verteilt es sich jedoch nicht, um das Gefäß vollständig auszufüllen, sondern behält seine [[Dichte]] bei.
Flüssigkeiten und [[Gas]]e werden als ''[[Fluid]]e'' zusammengefasst.

Flüssigkeiten und [[Festkörper]] haben in der Regel eine deutlich höhere [[Dichte]] als Gase und [[Plasma (Physik)|Plasma]] und werden zusammengenommen als ''[[kondensierte Materie]]'' bezeichnet.

Flüssigkeiten sind volumenbeständig, formunbeständig und unterliegen der [[Brownsche Bewegung|Brownschen Bewegung]]. Der flüssige Zustand ist nicht stoffspezifisch, sondern hängt von [[Temperatur]] und [[Druck (Physik)|Druck]] ab. Wechselt eine Flüssigkeit ihren Aggregatzustand, so spricht man von einer [[Phasenumwandlung]], wobei der Begriff der [[Phase (Materie)|Phase]] selbst einen Überbegriff zum [[Aggregatzustand]] darstellt.

== Makroskopische Beschreibung und Eigenschaften ==
Die temperaturabhängige [[Abmessungen|Volumenausdehnung]] einer Flüssigkeit wird durch deren [[Volumenausdehnungskoeffizient]]en quantifiziert. Der [[Kompressionsmodul]] ist ein Maß für die adiabatische Volumenelastizität, das heißt für die „Zusammendrückbarkeit“ einer Flüssigkeit. In der [[Schwerelosigkeit]] beziehungsweise bei einer Abwesenheit äußerer [[Kraft|Kräfte]] nehmen Flüssigkeiten aufgrund ihrer [[Oberflächenspannung]] eine [[kugel]]förmige Gestalt an, da diese Form die Oberfläche minimiert.
Flüssigkeiten üben auf die Wand des Gefäßes, in dem sie sich befinden, einen [[Hydrostatischer Druck|hydrostatischen Druck]] aus, zum Beispiel den [[Wasserdruck]]. Ruhende Flüssigkeiten sind physikalisch hauptsächlich durch diesen Druck gekennzeichnet. Übt man von außen Druck auf Flüssigkeiten aus, so verteilt sich der Druck gleichmäßig in der ganzen Flüssigkeit. Je tiefer man einen Körper in eine Flüssigkeit taucht, desto größer wird der hydrostatische Druck auf den Körper. Dieser hängt allerdings nicht nur von der Tauchtiefe, sondern auch von der [[Dichte]] der Flüssigkeit ab. In [[Strömungsmechanik|strömenden]] Flüssigkeiten treten zusätzliche Größen auf, die durch die [[Fluiddynamik]], ein Teilgebiet der [[Kontinuumsmechanik]], beschrieben werden.

Der Widerstand gegen Formänderung, genauer die [[Viskosität]], kann allerdings beliebig groß sein. Neben den für den allgemeinen Sprachgebrauch typischen Flüssigkeiten wie etwa [[Getränk]]en, [[Geschirrspülmittel]]n oder [[Flüssigbrennstoff]]en zählen auch extrem zähe Stoffe wie [[Pech (Stoff)|Pech]] dazu. [[Amorphes Material|Amorphe]] Feststoffe wie [[Glas|Gläser]] werden oft irrtümlicherweise als Flüssigkeiten bezeichnet,<ref>{{Internetquelle |url=http://dwb.unl.edu/Teacher/NSF/C01/C01Links/www.ualberta.ca/~bderksen/florin.html |titel=Glass: Liquid or Solid -- Science vs. an Urban Legend |datum=2007-04-09 |offline=1 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20070409022023/http://dwb.unl.edu/Teacher/NSF/C01/C01Links/www.ualberta.ca/~bderksen/florin.html |archiv-datum=2007-04-09 |abruf=2021-10-10}}</ref> weisen aber charakteristische Eigenschaften von beiden Aggregatszuständen auf. Insofern gibt es oft keine klare Grenze, die Feststoffe von Flüssigkeiten unterscheidet.<ref>Siehe hierzu auch den englischen Artikel [[:en:Structure of liquids and glasses|''Structure of liquids and glasses'']]</ref>

Weitere Stoffgruppen, die zugleich Eigenschaften von Flüssigkeiten und Feststoffen aufweisen:
* [[Viskoelastizität|Viskoelastische Stoffe]] wie [[Mayonnaise]], [[Knetmasse]] und [[Pech (Stoff)|Pech]],
* [[Flüssigkristall]]e,
* [[Flüssigboden]], [[Quickerde]], [[Quickton]], [[Treibsand]], durch Erdbeben [[Bodenverflüssigung|verflüssigter Boden]], durch [[Außenrüttler|Rütteln]] verflüssigter steifer (z. B. erdfeuchter) [[Beton]].

== Mikroskopische Beschreibung und Eigenschaften ==
Aufgrund der im Vergleich zum Festkörper fehlenden [[Translationsperiodizität]] und der [[Brownsche Bewegung|ständigen Teilchenbewegung]] müssen Flüssigkeiten mit den Mitteln der [[Statistische Mechanik|statistischen Mechanik]] (z. B. [[Dichtefunktionaltheorie (Statistische Physik)|klassische Dichtefunktionaltheorie]]) beschrieben werden. Wichtig sind hier die atomaren [[Verteilungsfunktion]]en. Viele Eigenschaften der Volumenphase von Flüssigkeiten lassen sich mittels [[Molekulardynamik]]- oder [[Monte-Carlo-Simulation]] berechnen.

Die mikroskopische Struktur von Flüssigkeiten ist komplex und war Gegenstand umfangreicher Forschung.<ref name="Chandler2017">{{Literatur |Autor=David Chandler |Hrsg=Annual Reviews |Titel=From 50 Years Ago, the Birth of Modern Liquid-State Science |Sammelwerk=Annual Review of Physical Chemistry |Band=68 |Nummer=1 |Datum=2017-05-05 |ISSN=0066-426X |Seiten=19–38 |Sprache=en |arXiv=1609.04837 |DOI=10.1146/annurev-physchem-052516-044941 |PMID=28375691 |bibcode=2017ARPC...68...19C}}</ref><ref name="TrachenkoBrazhkin2015">{{Literatur |Autor=K. Trachenko, V. V. Brazhkin |Titel=Collective modes and thermodynamics of the liquid state |Sammelwerk=Reports on Progress in Physics |Band=79 |Nummer=1 |Verlag=IOP Publishing |Datum=2015-12-22 |ISSN=0034-4885 |Seiten=016502 |Sprache=en |Kommentar=s2cid:42203015 |arXiv=1512.06592 |DOI=10.1088/0034-4885/79/1/016502 |PMID=26696098}}</ref><ref name="Ben-Naim2009">{{Literatur |Autor=Arieh Ben-Naim |Titel=Molecular theory of water and aqueous solutions. Part 1, Understanding water |Verlag=World Scientific |Ort=Singapore |Datum=2009 |ISBN=978-981-283-761-5 |Sprache=en}}</ref><ref name="Pothoczki2015">{{Literatur |Autor=Szilvia Pothoczki, László Temleitner, László Pusztai |Titel=Structure of Neat Liquids Consisting of (Perfect and Nearly) Tetrahedral Molecules |Sammelwerk=Chemical Reviews |Band=115 |Nummer=24 |Verlag=American Chemical Society (ACS) |Datum=2015-12-01 |ISSN=0009-2665 |Seiten=13308–13361 |Sprache=en |DOI=10.1021/acs.chemrev.5b00308 |PMID=26624528}}</ref>

Flüssigkeiten weisen keine [[Fernordnung]] auf, jedoch eine [[Nahordnung]] im Bereich weniger Moleküldurchmesser.<ref name="Maitland1981">{{Literatur |Autor=Geoffrey C. Maitland, Maurice Rigby, E. Brian Smith, last4=W. A. Wakeham |Titel=Intermolecular forces: their origin and determination |Ort=Oxford |Datum=1981 |ISBN=0-19-855611-X |Sprache=en}}</ref><ref name="GalloRovere2021">{{Literatur |Autor=Paola Gallo, Mauro Rovere |Titel=Physics of liquid matter |Verlag=[[Springer Nature]] |Ort=Cham |Datum=2021 |Sprache=en |ISBN=978-3-030-68349-8}}</ref>

Die Nahordnung einatomiger Flüssigkeiten wie gekühltem [[Argon]] und [[Krypton]] kann mit einer [[Homogenität|homogenen]] und [[isotrop]]en [[Kugelpackung]] verglichen werden.
Die Moleküle der meisten Flüssigkeiten sind allerdings nicht kugelförmig, wodurch auch die [[Zwischenmolekulare Kräfte|zwischenmolekularen Kräfte]] eine gewisse Orientierung aufweisen und richtungsabhängig sind. Die Ausrichtung der Moleküle spielt insbesondere bei Flüssigkeiten mit [[Wasserstoffbindung]] eine Rolle.<ref name="Finney2015">{{Literatur |Autor=J. L. Finney |Titel=Water: a very short introduction |Ort=Oxford, United Kingdom |Datum=2015 |ISBN=978-0-19-870872-8 |Seiten=48–52 |Sprache=en}}</ref><ref name="Ludwig2005">{{Literatur |Autor=Ralf Ludwig |Titel=The Structure of Liquid Methanol |Sammelwerk=ChemPhysChem |Band=6 |Nummer=7 |Verlag=Wiley |Datum=2005-07-11 |ISSN=1439-4235 |Seiten=1369–1375 |Sprache=en |DOI=10.1002/cphc.200400663 |PMID=15991270}}</ref> Es bilden sich lokale Molekül-[[Cluster (Physik)|Cluster]]. Durch die thermischen Bewegungen der Moleküle in Flüssigkeiten sind diese Strukturen sehr dynamisch und bilden sich beständig um.<ref name="Chandler1987">{{Literatur |Autor=David Chandler |Titel=Introduction to modern statistical mechanics |Verlag=Oxford University Press |Ort=New York |Datum=1987 |ISBN=0-19-504276-X |Sprache=de}}</ref><ref name="Finney2013">{{Literatur |Autor=John L. Finney |Titel=Bernal’s road to random packing and the structure of liquids |Sammelwerk=Philosophical Magazine |Band=93 |Nummer=31–33 |Verlag=Informa UK Limited |Datum=2013-02-22 |ISSN=1478-6435 |Seiten=3940–3969 |Sprache=en |Kommentar=s2cid:55689631 |DOI=10.1080/14786435.2013.770179 |bibcode=2013PMag...93.3940F}}</ref><ref name="Finney2015" />

Das mikroskopische Verhalten von Flüssigkeiten wird vom Zusammenspiel anziehender intermolekularer Kräfte und der [[Entropiekraft]] bestimmt,<ref name="Chandler2009">{{Literatur |Autor=David Chandler |Titel=Liquids: Condensed, disordered, and sometimes complex |Sammelwerk=Proceedings of the National Academy of Sciences |Band=106 |Nummer=36 |Datum=2009-09-08 |ISSN=0027-8424 |Seiten=15111–15112 |Sprache=en |DOI=10.1073/pnas.0908029106 |PMC=2741213 |PMID=19805248}}</ref> die bestrebt ist, die [[Entropie]] des Systems zu maximieren (siehe auch ''[[mikrokanonisches Ensemble]]'').
Gase werden von der Entropiekraft veranlasst, sich im zur Verfügung stehenden Volumen gleichmäßig zu verteilen. In Flüssigkeiten steht die Entropiekraft hingegen mit der Intermolekularkraft in Balance.
Die Anziehungskraft zwischen benachbarten Molekülen bewegt sich in der Größenordnung der [[Thermische Energie|thermischen Energie]] <math>k_{\text{B}} T</math>.<ref name="HansenMcDonald2013">{{Literatur |Autor=Jean-Pierre Hansen, Ian R. McDonald |Titel=Theory of simple liquids: with applications to soft matter |Ort=Amsterdam |Datum=2013 |ISBN=978-0-12-387033-9 |Sprache=en}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Ideale Flüssigkeit]]
* [[Feuchtigkeit]]
* [[Newtonsches Fluid]]
* [[Nichtnewtonsches Fluid]]

== Literatur ==
* 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. Tildesley: ''Computer Simulation of Liquids''. Oxford University Press, 1989, ISBN 0-19-855645-4

== Weblinks ==
{{Commonscat|Liquid|Flüssigkeit|audio=1|video=0}}
{{Wiktionary|Flüssigkeit}}
* {{DNB-Portal|4017621-6}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Aggregatzustände}}
{{Normdaten|TYP=s|GND=4017621-6|LCCN=sh85077404|NDL=00561895}}

{{SORTIERUNG:Flussigkeit}}
[[Kategorie:Strömungsmechanik]]
[[Kategorie:Thermodynamik]]

Flüssigkeit - Versionsgeschichte

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