Biophysics · 07.09

液体状態

The liquid state

🧠 液体はほぼ一定体積を保ちながら流動し、短距離秩序short-range order短距離秩序（short-range order）short-range order（短距離秩序）はあるが結晶の長距離秩序long-range order長距離秩序（long-range order）long-range order（長距離秩序）をもたない。

短距離秩序をもつ流体

分子は近接して相互作用しつつ位置を交換する。表面張力surface tension表面張力（surface tension）surface tension（表面張力）、粘性viscosity粘性（viscosity）viscosity（粘性）、非圧縮性incompressibility非圧縮性（incompressibility）incompressibility（非圧縮性）が巨視的挙動macroscopic behavior巨視的挙動（macroscopic behavior）macroscopic behavior（巨視的挙動）を特徴づける。

flowchart TD
  A["分子が密に接触"]
  B["局所構造を保ちながら再配置"]
  C["一定体積と<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fluidity'>流動性</span>を両立"]
  A --> B
  B --> C

液体の粘性と表面張力

\tau=\eta\frac{dv}{dy}

$η$ は粘性係数dynamic viscosity粘性係数（dynamic viscosity）dynamic viscosity（粘性係数）で、温度上昇により通常低下する。

温度依存性

液体の粘性係数dynamic viscosity粘性係数（dynamic viscosity）dynamic viscosity（粘性係数）はStokesの抵抗法則で粒子運動へ結びつく。配向秩序orientational order配向秩序（orientational order）orientational order（配向秩序）が部分的に残る液体はサーモトロピック液晶thermotropic liquid crystalサーモトロピック液晶（thermotropic liquid crystal）thermotropic liquid crystal（サーモトロピック液晶）として振る舞う。

液体表面は表面自由エネルギーsurface free energy表面自由エネルギー（surface free energy）surface free energy（表面自由エネルギー）を最小化。
凝集力cohesion凝集力（cohesion）cohesion（凝集力）と付着力adhesive force付着力（adhesive force）adhesive force（付着力）が毛細管現象capillary action毛細管現象（capillary action）capillary action（毛細管現象）を生む。
拡散は気体より遅く固体solid固体（solid）solid（固体）より速い。

材料・生体への応用

血液、細胞質、間質液interstitial fluid間質液（interstitial fluid）interstitial fluid（間質液）の輸送の理解に必要。

まとめ

液体はほぼ一定体積を保ちながら流動し、短距離秩序short-range order短距離秩序（short-range order）short-range order（短距離秩序）はあるが結晶の長距離秩序long-range order長距離秩序（long-range order）long-range order（長距離秩序）をもたない。
液体表面は表面自由エネルギーsurface free energy表面自由エネルギー（surface free energy）surface free energy（表面自由エネルギー）を最小化。
血液、細胞質、間質液interstitial fluid間質液（interstitial fluid）interstitial fluid（間質液）の輸送の理解に必要。