Brontekst bekijken van Vloeistof

{{Zie artikel|Voor het muziekalbum, zie [[Vloeistof (album)]].}}
[[Bestand:Water drop 001.jpg|thumb|De vorming van een sferische [[druppel]] water is het natuurlijke gevolg van de hoge [[oppervlaktespanning]] van deze vloeistof.]]
'''Vloeistof''' is een van de [[aggregatietoestand]]en waarin [[materie]] kan voorkomen. Een vloeistof is een stof die gemakkelijk vormveranderingen ondergaat, maar zich verzet tegen volumeverandering onder invloed van druk. Hierin onderscheiden vloeistoffen zich van [[vaste stof]]fen, die hun vorm behouden, en [[Gas (aggregatietoestand)|gassen]] en [[Plasma (aggregatietoestand)|plasma's]], die [[compressie (natuurkunde)|samendrukbaar]] zijn.<ref name="giancoli">Hoofdstuk 13 ''Fluids'' in {{Aut|Giancoli, Douglas C.}}, "Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics," 4de uitgave, Pearson 2009.</ref> Op microniveau bestaat een vloeistof uit deeltjes die voortdurend in een willekeurige beweging zijn, maar slechts een [[vrije weglengte]] hebben in de ordegrootte van de diameter van de deeltjes.

De [[dichtheid (natuurkunde)|dichtheid]] van een vloeistof is vergelijkbaar met die van een vaste stof. Om deze reden worden vloeibare en vaste stoffen [[Fysica van de gecondenseerde materie|gecondenseerde materie]] genoemd. Anderzijds hebben zowel vloeistoffen als gassen het vermogen om te ''vloeien''. Ze worden hierom [[fluïdum|fluïda]] genoemd. Hoewel vloeibaar [[water]] overvloedig aanwezig is op aarde, is het de zeldzaamste aggregatietoestand in het universum. Vrijwel alle materie in het heelal is in gasvorm, met sporen van detecteerbare vaste materie.

==Algemeen==
[[Bestand:Естественная форма всякой жидкости – шар.jpg|thumb|upright|[[Olie]] en [[water]] zijn twee niet-mengbare vloeistoffen.]]
Samen met [[vaste stof]]fen, [[gas (aggregatietoestand)|gas]]sen en [[plasma (aggregatietoestand)|plasma's]] zijn vloeistoffen een van de [[aggregatietoestand|vier primaire aggregatietoestanden]]. De benaming [[fluïdum]] groepeert de begrippen vloeistof, gas en plasma. In tegenstelling tot vaste stoffen hebben de moleculen in een vloeistof meestal een grote bewegingsvrijheid. De deeltjes waaruit een vloeistof bestaat worden bij elkaar gehouden door tijdelijke [[intermoleculaire krachten]], waardoor een vloeistof het vermogen heeft te vloeien en de vorm van het [[Waterbekken|reservoir]] aan te nemen.

In tegenstelling tot een gas is een vloeistof moeilijk samendrukbaar, wat betekent dat ze een constant [[inhoud (volume)|volume]] behoudt, zelfs onder hoge druk. Een vloeistof vult niet spontaan alle beschikbare ruimte van een vat op, zoals bij gassen. Niet alle vloeistoffen kunnen mengen met andere vloeistoffen. Deze eigenschappen maken een vloeistof geschikt voor toepassingen in de [[hydraulica]].

Wanneer een vloeistof wordt verwarmd, zullen de moleculen sterker gaan [[Vibratiespectroscopie|vibreren]] waardoor de intermoleculaire afstanden toenemen. Zodra het [[kookpunt]] wordt bereikt, bewegen de moleculen zo snel dat ze aan elkaars aantrekkingskrachten ontsnappen. De vloeistof verandert dan in zijn gasvormige toestand (tenzij [[kookvertraging]] optreedt). Bij verlaging van de temperatuur zullen de moleculen stabiliseren en dichter op elkaar gaan zitten. Wanneer de vloeistof het [[vriespunt]] bereikt, zetten de moleculen zich vast in een specifieke configuratie: [[kristallisatie]]. De vloeistof verandert in zijn vaste toestand (tenzij [[superkoeling]] optreedt).

De aanduiding [[Smelt (materiaalkunde)|smelt]] wordt gebruikt voor de vloeibare [[Fase (stof)|fase]] van ([[mengsel]]s van) stoffen die tot ruim boven kamertemperatuur (>200&nbsp;°C) vast zijn, zoals de meeste [[zouten]] en [[Metaal|metalen]].<ref>{{Citeer boek|titel=ASM materials engineering dictionary|auteur=J.R. Davis & Associates|medeauteurs=|taal=en|url=https://www.worldcat.org/oclc/47767257|uitgever=ASM International|plaats=Metals Park, Ohio|datum=1992|pagina's=271|ISBN=0-87170-447-1}}</ref><ref name=":12">{{Citeer web|url=https://www.alurvs.nl/staal/kennisbank-staal/|titel=Kennisbank Staal|bezochtdatum=2022-05-13|werk=Magazine ALURVS, print- en onlinemagazine voor de Aluminium, Roestvast en Staal branche|taal=nl}}</ref> Ook wordt het gebruikt voor de semi-vloeibare fase van metalen, glas en kunststoffen.

== Eigenschappen van vloeistoffen ==
=== Viscositeit ===
{{Zie hoofdartikel|Viscositeit|Schuifspanning}}
De (dynamische) ''viscositeit'' van een fluïdum is de mate waarin het fluïdum weerstand biedt tegen vervorming door [[schuifspanning]].<ref>{{Citeer boek| auteur = Landau L. & Lifshitz E.| title = Fluid Mechanics| publisher = Pergamon Press| edition = 2nd| year = 1987| isbn= 978-0-08-033933-7| pages = 44–45}}</ref> Ze wordt uitgedrukt in pascalseconden (Pa.s). Vloeistoffen met een lage viscositeit stromen gemakkelijk en vertonen [[Turbulente stroming|turbulentie]] (wervelend); vloeistoffen met hoge viscositeit zijn stroperig en stromen [[Laminaire stroming|laminair]]. Honing heeft bijvoorbeeld een hogere viscositeit dan water.

Bij toenemende [[temperatuur]] verandert de [[viscositeit]] van de meeste vloeistoffen van stroperig naar dun vloeibaar.<ref>{{Citeer journal|auteur=Krausser J, Samwer K, Zaccone A.|date=2015|title=Interatomic repulsion softness directly controls the fragility of supercooled metallic melts|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA|volume=112|issue=45|page=13762|doi=10.1073/pnas.1503741112|pmid=26504208|taal=en}}</ref> Sommige stoffen of [[mengsel]]s worden bij zeer lage temperatuur [[superfluïditeit|supervloeibaar]], dat wil zeggen dat hun viscositeit 0 wordt. Viscositeit is in veel toegepaste gebieden een belangrijk concept, bijvoorbeeld in de [[smeermiddel]]industrie. Een manier om de viscositeit te controleren is door twee of meer vloeistoffen met verschillende viscositeiten in precieze verhoudingen te mengen.

=== Oppervlaktespanning ===
{{Zie hoofdartikel|Oppervlaktespanning}}
[[Bestand:2006-01-14 Surface waves.jpg|thumb|[[oppervlaktegolf (vloeistofdynamica)|Oppervlaktegolven]] in water]]
Het oppervlak van een vloeistof gedraagt zich als een membraan met een lichte rekspanning. Daardoor neemt een gewichtloze hoeveelheid vloeistof spontaan een bolvorm aan ([[druppel]]): het meetkundig lichaam met de kleinste oppervlakte voor een gegeven volume. De oppervlaktespanning is een materiaalconstante en wordt uitgedrukt in newton per meter (N/m). Vloeistoffen met sterke intermoleculaire krachten hebben meestal een hoge oppervlaktespanning.<ref>{{Citeer boek| auteur = Silberberg, M.| title  = Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change| url = https://archive.org/details/chemistrymolecul00silb_717| publisher = McGraw-Hill Higher Education| year = 2009| isbn = 978-0-07-304859-8| taal=en|page=[https://archive.org/details/chemistrymolecul00silb_717/page/n485 457]}}</ref>

Oppervlaktespanning is verantwoordelijk voor een breed scala aan fysische verschijnselen, zoals [[oppervlaktegolf (vloeistofdynamica)|oppervlaktegolving]], [[capillariteit]] en [[bevochtigen|bevochtigingseffecten]]. Het gedrag van vloeistoffen op microscopische schaal is voor een belangrijk deel te beschrijven aan de hand van oppervlaktespanning. Bij een microscopische hoeveelheid vloeistof bevindt een groot deel van de moleculen zich namelijk aan de oppervlakte.

De oppervlaktespanningen van gewone vloeistoffen beslaan een relatief smal waardenbereik, wat sterk contrasteert met de enorme variatie die wordt waargenomen in andere mechanische eigenschappen, zoals viscositeit.<ref name="Bormashenko2018">{{Citeer boek|author=Edward Yu. Bormashenko|title=Wetting of Real Surfaces|taal=en|date= 2018|publisher=De Gruyter|isbn=978-3-11-058314-4|pages=3–5}}</ref>

=== Cohesie en adhesie===
De moleculen waaruit een vloeistof bestaat trekken elkaar aan door middel van [[vanderwaalskrachten]]. Deze onderlinge aantrekkingskracht wordt [[cohesie (natuurkunde)|cohesie]] genoemd. Het zijn precies deze krachten die het karakter van een vloeistof bepalen, omdat ze de onderlinge afstand tussen de moleculen klein houden waardoor het volume van de vloeistof niet spontaan uitdijt en slechts in geringe mate afhangt van de druk.

Cohesie onderscheidt zich van [[adhesie]]; de aantrekking tussen ongelijksoortige moleculen, in dit geval tussen de vloeistof en een andere stof zoals het kristalrooster van de beker of de fles. Wanneer de adhesie sterker is dan de cohesie, vertoont de vloeistof nabij de wand van de beker een opstaande rand. In een smalle buis veroorzaakt dit de [[capillaire werking]]. Wanneer de cohesie sterker is, ontstaat er juist een neerwaartse rand.

== Faseovergangen ==
{{Zie hoofdartikel|Faseovergang}}
[[Bestand:Solid liquid gas-nl.svg|thumb|upright|[[Molecuul|Moleculen]] in drie verschillende [[aggregatietoestand]]en]]
De overgang van de vaste naar de vloeibare toestand heet [[Smelten (faseovergang)|smelten]], het omgekeerde heet [[Stolling|stollen]]. De overgang van vloeistof naar gas is [[verdamping]], het omgekeerde [[condensatie]]. Bij de meeste stoffen vertegenwoordigt de vaste toestand een lagere energie dan de vloeibare, en de vloeibare toestand een lagere energie dan de gasvormige; daarom moet er bij het smelten en het verdampen energie worden toegevoegd ([[smeltwarmte]] resp. [[verdampingswarmte]]), terwijl een even grote hoeveelheid energie terug vrijkomt bij condenseren en stollen.

Vloeistoffen kunnen niet voorkomen beneden een bepaalde druk ([[Tripelpunt (natuurkunde)|tripelpunt]]), die afhangt van de stof; bij lagere druk gaat de vaste stof wanneer de temperatuur toeneemt, over in gas ([[sublimatie]]) zonder eerst vloeibaar te worden.

===Op de grens tussen vloeibaar en vast===
Sommige mengsels van [[vaste stof]]fen met hoge [[viscositeit]], bijvoorbeeld [[bitumen]] (een mengsel van [[natuur (werkelijkheid)|natuurlijke]] of van industrieel vervaardigde [[macromolecuul|macro-]][[polymeer|polymere]] [[koolwaterstof]]fen), blijken zich onverwacht toch als vloeistof te gedragen, zoals aangetoond door het [[pekdruppelexperiment]]. Ten slotte gedragen veel macropolymere ([[thermoplast]]ische) [[kunststof]]fen zich op grote tijdschaal als een vloeistof; een extreem voorbeeld daarvan is [[Silly Putty]].

== Drijven en zinken ==
{{Zie hoofdartikel|Hydrostatica}}
In een vloeistof die zich in een zwaartekrachtveld bevindt, heerst een inwendige druk die groter is dan de eventuele gasdruk (bijvoorbeeld atmosferische druk) aan het oppervlak. Die overdruk heet [[hydrostatische druk]]. Als het zwaartekrachtveld en de vloeistof zelf [[Homogeniteit (natuurkunde)|homogeen]] zijn, dan neemt de hydrostatische druk evenredig toe met de diepte:

:<math>P=\rho g d</math>

waar <math>\rho</math> de massadichtheid van de vloeistof is, <math>g</math> de sterkte van het zwaartekrachtveld en <math>d</math> de diepte onder het oppervlak. De hydrostatische druk plant zich in alle richtingen voort en wordt ook uitgeoefend op de wanden en de bodem van een vat.

Als een voorwerp geheel of gedeeltelijk is ondergedompeld in de vloeistof, veroorzaakt het drukverschil tussen de bovenste en de onderste delen een opwaartse stuwkracht, [[Wet van Archimedes|archimedeskracht]] genoemd, die gelijk in grootte en tegengesteld is aan het gewicht van de door het voorwerp verplaatste vloeistof:

:<math>F_s=\rho g V</math>

waar <math>V</math> het volume is van het ondergedompelde gedeelte van het voorwerp, en <math>\rho</math> nog steeds de massadichtheid van de vloeistof (dus ''niet'' die van het voorwerp).

Als de massadichtheid van het voorwerp kleiner is dan die van de vloeistof, dan bestaat er een gedeeltelijk ondergedompeld volume <math>V</math> waarvoor de opwaartse stuwkracht gelijk is aan het gewicht van het voorwerp: het voorwerp drijft. Pogingen om het voorwerp nog verder onder te dompelen worden tegengewerkt doordat de stuwkracht groter wordt dan het gewicht.

Als de massadichtheid van het voorwerp groter is dan die van de vloeistof, dan blijft de opwaartse stuwkracht kleiner dan het gewicht van het voorwerp zelfs bij volledig onderdompelen: het voorwerp zinkt. Een voorwerp waarvan de massadichtheid precies gelijk is aan die van de vloeistof, bevindt zich in een [[Mechanisch evenwicht|onverschillig evenwicht]]: het ''zweeft.''

==Praktische toepassingen van vloeistoffen==
Vloeistoffen worden op veel gebieden toegepast als:
* [[smeermiddel]], met name [[olie]]
* bakmiddel, met name [[plantaardige olie]]
* [[overbrenging#Hydraulische overbrenging|krachtoverbrengingsmiddel]], bijvoorbeeld [[hydraulische vloeistof|hydraulische]] olie als [[remvloeistof]] in de [[remleiding]] van een auto
* transportmiddel, met name water voor de [[scheepvaart]]
* [[oplosmiddel]], bijvoorbeeld [[wasbenzine]], water
* [[distikstof#Toepassingen|vloeibaar stikstof]] bij [[blessure]]behandeling en [[cryotherapie]]
* [[Smelt (materiaalkunde)|smelt]] van [[ijzererts]] in een [[hoogoven]] waaraan, dankzij de [[chemische reactie]] met bijgemengde [[cokes]] tijdens het [[Smelten (metaal)|smelten]], vloeibaar [[ruwijzer]] wordt onttrokken;
* [[vloeibaar aardgas]], met een [[inhoud (volume)|volume]] van bijna 700× kleiner dan [[gas (aggregatietoestand)|gasvormig]] aardgas, ten behoeve van aardgastransport (per schip) en opslag
* [[vloeibaar waterstof]] voor [[waterstofopslag]]

==Waar komen vloeistoffen voor?==
===Vloeistoffen in de natuur===
Op aarde is water veruit de meest voorkomende natuurlijke vloeistof. Andere voorbeelden van op aarde natuurlijk voorkomende vloeibare materie zijn [[Magma (gesteente)|magma]] in de [[aardkorst]], en [[lava]], magma dat het [[aardoppervlak]] heeft bereikt. Het buitenste deel van de [[aardkern]] bestaat uit vloeibaar nikkelijzer. In levende wezens komen naast water ook [[Organische chemie|organische]] vloeistoffen voor, met name [[Plantaardige olie|plantaardige oliën]]. Buiten de aardse natuur komen veel andere stoffen in vloeibare aggregatietoestand voor, bijvoorbeeld [[metallische waterstof|vloeibare waterstof]] op de planeten [[Jupiter (planeet)|Jupiter]] en [[Saturnus (planeet)|Saturnus]].

===Scheikundige stoffen===
Omdat de vloeibare toestand in het [[fasediagram]] van een stof tussen de vaste en de gasfase ligt, en bovendien pas vanaf een bepaalde minimumdruk voorkomt ([[Tripelpunt (natuurkunde)|tripelpunt]]), moet het als een toeval beschouwd worden wanneer een [[zuivere stof]] bij [[standaardomstandigheden]] ([[kamertemperatuur]] en bij een [[luchtdruk|druk]] van één [[atmosfeer (eenheid)|atmosfeer]]) vloeibaar is.

Slechts één [[Chemisch element|element]] uit het [[periodiek systeem]] voldoet hieraan: [[kwik]].<ref name="dibroom">[[Dibroom]] heeft een kookpunt van 58,8 °C en is dus in principe vloeibaar bij kamertemperatuur en normale druk, maar het verdampt tamelijk snel.</ref> Enkele vloeibare [[Anorganische chemie|anorganische]] [[Samengestelde stof|verbindingen]] zijn [[water]], [[koolstofdisulfide]] en [[zwavelzuur]]. De meeste andere bekende voorbeelden zijn organische verbindingen, zoals [[ethanol|alcohol]], [[aceton]], [[benzeen]] en een aantal [[Alkaan|alkanen]] (van [[n-pentaan|pentaan]] af tot en met [[hexadecaan]]).

<gallery widths="200" heights="150" class="center">
Bestand:A storm at Pors-Loubous.jpg|[[Water]], de meest algemene vloeistof
Bestand:Mercury2.jpg|[[Kwik]], een vloeibaar overgangsmetaal
Bestand:Pahoeoe fountain sharpen.jpg|[[Lava]], vloeibaar gesteente
</gallery>

==Geluidsgolven in vloeistoffen==
De enige stijfheid van een vloeistof bestaat in haar verzet tegen volumeverandering. De [[compressiemodulus]] is een materiaalconstante die de drukverhoging beschrijft bij een relatieve afname van het volume. Door een plotse samendrukking van een vloeistof op één plaats ontstaat een drukgolf die zich voortplant doorheen de vloeistof: een ''geluidsgolf.''

De snelheid van het geluid in een vloeistof bedraagt

:<math>v=\sqrt{\frac\kappa\rho}</math>

waar <math>\rho</math> de dichtheid van de vloeistof is, en <math>\kappa</math> de compressiemodulus. Zuiver water heeft een compressiemodulus van 2,183 GPa en een maximale dichtheid (bij 4&nbsp;°C) van 1000&nbsp;kg/m<sup>2</sup>, wat een [[geluidssnelheid]] van net geen 1500&nbsp;m/s oplevert: ruim vier keer zo snel als het "gewone" geluid in lucht. Warmer water heeft een lagere dichtheid, waardoor het geluid zich nog sneller voortplant. [[Zeewater]] heeft een hogere dichtheid, wat de snelheid dan weer verlaagt. Een bekende toepassing van onderzeese geluidsgolven is [[sonar]].

==Oplossingen==
{{Zie hoofdartikel|Oplossing (scheikunde)}}
[[Bestand:Fluorescence rainbow.JPG|thumb|[[Fluorescentie]] van verschillende oplossingen]]
Hoewel ook oplossingen in gassen en in vaste stoffen bestaan, denkt men bij [[oplosmiddel]]en vooral aan vloeistoffen. Een mengsel van een vloeistof met een andere (niet noodzakelijk vloeibare) stof is een oplossing als de menging zo fijn is, dat de opgeloste stof niet door filtering kan gescheiden worden en niet visueel waarneembaar is. Op dat kleinschalige niveau treden interacties op tussen de opgeloste moleculen en de moleculen van het oplosmiddel. Naargelang van de elektronische structuur van het oplosmiddel onderscheiden we:
* [[Polaire verbinding|polaire]] oplosmiddelen, zoals water, die een aantrekkingskracht uitoefenen op polaire opgeloste stoffen zoals zouten;
* [[Apolaire verbinding|apolaire]] oplosmiddelen, zoals benzine, die vooral andere apolaire stoffen (zoals vetten) oplossen.
Een [[detergent]] zoals [[Zeep (reiniging)|zeep]] bestaat uit moleculen die langs één kant water aantrekken, en langs de andere kant vetten. De reinigende kracht van zeep bestaat er dan ook in dat ze vetten onrechtstreeks oplosbaar maakt in water.

==Zie ook==
* [[Lijst met aggregatietoestanden]]
* [[Ideale vloeistof]]
* [[Smelt (materiaalkunde)]]
* [[Hydrostatica]]
* [[Stromingsleer]]
* [[Vloeistofmechanica]]

{{Appendix||2=
==Bronnen==
* {{Citeer boek|auteur = Krista West|datum = 2008|titel = States of Matter|uitgever = Infobase Publishing|ISBN = 978-1-4381-0237-5|pages=23-48 |taal =en}}
{{References}}
}}
{{Commonscat|Liquid|Vloeistof}}
{{Navigatie aggregatietoestand}}
{{Woordenboek}}

[[Categorie:Vloeistoffysica]]
[[Categorie:Aggregatietoestand]]