КАПИЛАРНОСТ: КАРАКТЕРИСТИКЕ И ПРИМЕР У ВОДИ - ХЕМИЈА - 2025

Капиларност је власништво течности која им омогућава да се креће цевни рупе или порозне површине чак и против гравитације. За то морају постојати равнотежа и координација две силе повезане са молекулима течности: кохезије и адхезије; ово двоје имају физички одраз зван површинска напетост.

Течност мора бити у стању да влажи унутрашње зидове цеви или поре материјала кроз које путује. До тога долази када је сила адхезије (течна-капиларна стијенка цеви) већа од силе интермолекуларне кохезије. Сходно томе, молекули течности стварају јаче интеракције са атомима материјала (стакло, папир, итд.) Него једни са другима.

Извор: МессерВоланд преко Википедије

Класичан пример капиларности приказан је у поређењу овог својства за две веома различите течности: воду и живу.

На слици изнад види се да вода подиже зидове цеви, што значи да има веће снаге адхезије; док се са живом догађа супротно, јер њене кохезијске силе, металне везе, спречавају влажење чаше.

Из тог разлога вода формира конкавни менискус, а жива конвексни менискус у облику куполе. Такође треба напоменути да што је мањи радијус цеви или пресек кроз који течност путује, већа је висина или пређена дужина (упоредите висине водених стубова за обе цеви).

Капиларне карактеристике

-Површина течности

Површина течности, кажем вода, у капиларима је конкавна; то јест, мениск је конкаван. До ове ситуације долази јер су резултант сила које делују на молекуле воде у близини зида цеви усмерене према њој.

У сваком менискусу постоји контактни угао (θ), који представља угао створен зидом капиларне цеви са линијом додиривом на површини течности на месту контакта.

Силе адхезије и кохезије

Ако сила адхезије течности на зид капилара превладава над интермолекуларном кохезијском силом, тада је угао θ <90 °; течност влажи зид капиларе и вода се диже кроз капилару посматрајући феномен познат као капиларност.

Када се кап воде стави на површину чисте чаше, вода се шири по чаши, па су θ = 0 и цос θ = 1.

Ако међумолекулска кохезијска сила превладава над адхезионом силом течне капиларне стијенке, на пример у живој, менискус ће бити конвексан и кут θ ће имати вредност> 90 °; жива не влажи зид капилара и због тога тече по њеном унутрашњем зиду.

Када се кап живе стави на површину чисте чаше, кап задржи облик и угао θ = 140º.

-Високо

Вода се диже кроз капиларну цев све док не досегне висину (х), при чему тежина воденог стуба компензује вертикалну компоненту интермолекуларне кохезијске силе.

Како се више воде диже, доћи ће тачка у којој ће гравитација зауставити свој успон, чак и ако површинска напетост делује у вашу корист.

Када се то догоди, молекули не могу наставити да се "пењу" по унутрашњим зидовима и све физичке силе се изједначе. С једне стране имате снаге које промовишу пораст воде, а с друге властиту тежину која је гура.

Јурин закон

То се може математички написати на следећи начин:

2 π рϒцосθ = ρгπр ² х

Тамо где лева страна једначине зависи од површинске напетости, чија је величина такође повезана са кохезионом или међумолекуларном силом; Цосθ представља контактни угао, а р полупречник отвора кроз који се течност диже.

И на десној страни једначине имамо висину х, силу гравитације г и густину течности; која би била вода.

Решавање тада за х имамо

х = (2ϒцосθ / кг)

Ова формулација је позната као Јуринов закон, која дефинише висину достигнуту стубом течности, у капиларној цеви, када се маса стуба течности избалансира са силом успона капиларним деловањем.

-Површински напон

Вода је диполни молекул, услед електронегативности атома кисеоника и његове молекуларне геометрије. Због тога део молекула воде на коме се налази кисеоник постаје негативно наелектрисан, док део молекула воде, који садржи 2 атома водоника, постаје позитивно наелектрисан.

Молекули у течности међусобно делују преко више водоничних веза, држећи их заједно. Међутим, молекули воде који се налазе у води: ваздушни интерфејс (површина) изложени су мрежном привлачењу молекула синуса течности, а не надокнађује га слаба привлачност молекулама ваздуха.

Стога се молекули воде на интерфејсу излажу привлачној сили која тежи да се молекуле воде уклоне са сучеља; другим речима, водоничне везе формиране са молекулима на дну повлаче оне који се налазе на површини. Стога површинска напетост настоји смањити површину вода: ваздух.

Однос са х

Ако погледамо Јуринову једнаџбу закона, установит ћемо да је х директно пропорционалан ϒ; према томе, што је већа површинска напетост течности, већа је висина коју може подићи капилар или пора материјала.

На овај начин се очекује да се за две течности, А и Б, са различитим површинским затезањем, онај са већом површинском напетошћу повећају на већу висину.

С тим у вези може се закључити да је висока површинска напетост најважнија карактеристика која дефинише капиларну особину течности.

-Радиус капиларе или поре кроз које се течност издиже

Посматрање Јуриновог закона указује да је висина коју течност достиже у капиларима или порама обрнуто пропорционална полумјеру истог.

Дакле, што је мањи полупречник, то је већа и висина колоне течности коју постиже капиларним деловањем. То се директно види на слици где се вода упоређује са живом.

У стакленој цеви са полумјером од 0,05 мм, водени стуб по капиларности достићи ће висину од 30 цм. У капиларним цевима радијуса од 1 µм са притиском усиса 1,5 к 10 ³ хПа (што је једнако 1,5 атм) одговара израчуну висине воденог стуба од 14 до 15 м.

То је врло слично ономе што се догађа са оним сламкама које се укључе неколико пута. Испијање течности ствара разлику у притиску због чега течност расте до уста.

Максимална висинска вредност стуба достигнута капиларношћу је теоретска, јер се радијус капилара не може смањити преко одређене границе.

Поисеуилле'с Лав

Ово утврђује да се проток праве течности даје следећим изразом:

К = (πр ⁴ / 8ηл) ΔП

Где је К проток течности, η је његова вискозност, л је дужина цеви, а ΔП разлика у притиску.

Како се радијус капиларе смањује, висина стуба течности достигнута капиларношћу треба се повећавати у недоглед. Међутим, Поисеуилле истиче да како се радијус смањује, проток течности кроз тај капилар такође се смањује.

Такође, вискозитет, који је мерило отпорности на ток стварне течности, би додатно смањио проток течности.

-Контактни угао (θ)

Што је већа вредност цосθ, то је већа висина воденог стуба по капиларитету, као што налаже Јуринов закон.

Ако је θ мала и приближава се нули (0), цосθ је = 1, па ће вредност х бити максимална. Напротив, ако је θ једнак 90º, цосθ = 0 и вредност х = 0.

Када је вредност θ већа од 90 °, што је случај са конвексним менискусом, течност не расте капиларно и тенденција је да се спушта (као што се догађа код живе).

Капиларност воде

Вода има површинску напетост од 72,75 Н / м, релативно високу у поређењу са вредностима за површинску напетост следећих течности:

-Ацетон: 22,75 Н / м

-Етил алкохол: 22,75 Н / м

-Хексан: 18,43 Н / м

-Метанол: 22.61 Н / м.

Због тога вода има изузетну површинску напетост, што погодује развоју феномена капиларности који је неопходан за апсорпцију воде и хранљивих састојака у биљкама.

У биљкама

Извор: Пикабаи

Капиларност је важан механизам за успон сока кроз ксилем биљака, али сам по себи је недовољан да би се сок испоручио лишћем дрвећа.

Транспирација или испаравање важан је механизам у успону сока кроз ксилем биљака. Листови губе воду испаравањем, стварајући количину молекула воде, што изазива привлачење молекула воде присутних у капиларама (ксилем).

Молекули воде не делују независно један од другог, већ радије у интеракцији с силама Ван дер Ваалса, због чега се заједно усправљају кроз капиларе биљака према лишћу.

Поред ових механизама, треба напоменути да биљке апсорбују воду из тла осмозом и да позитиван притисак који настаје у корену покреће почетак пораста воде кроз капиларе биљке.

Референце

1. Гарциа Францо А. (2010). Површне појаве. Опоравак од: сц.еху.ес
2. Површински феномени: површинска напетост и капиларност. . Опоравак од: угр.ес
3. Википедиа. (2018). Капиларност. Опоравак од: ес.википедиа.орг
4. Рисвхан Т. (друга) Капиларност у биљкама. Опоравак од: ацадемиа.еду
5. Хелменстине, др Анне Марие (22. децембра 2018.). Капиларна акција: дефиниција и примери. Опоравак од: тхинкцо.цом
6. Еллен Еллис М. (2018). Капиларна акција воде: дефиниција и примери. Студи. Опоравак од: студи.цом
7. СциенцеСтруцк Стафф. (16. јула 2017.). Примери који објашњавају појам и значење капиларне акције. Опоравило од: сциенцеструцк.цом