Капілярні характеристики і приклад у воді



The капілярність Це властивість рідин, що дозволяє їм рухатися через трубчасті отвори або пористі поверхні навіть проти сили тяжіння. Для цього необхідно мати баланс і координацію двох сил, пов'язаних з молекулами рідини: когезія і адгезія; маючи ці два фізичні відображення, називається поверхневим натягом.

Рідина повинна бути здатна змочити внутрішні стінки трубки або пори матеріалу, через який він рухається. Це відбувається тоді, коли сила зчеплення (рідина-стінка капілярної трубки) більше, ніж сила міжчелкової когезії. Отже, молекули рідини створюють більш сильні взаємодії з атомами матеріалу (скла, паперу тощо), ніж між ними.

Класичний приклад капілярності показаний у порівнянні цього властивості з двома різними рідинами: водою та ртуттю.

Верхнє зображення показує, що вода зростає через стінки трубки, що означає більш високі сили зчеплення; в той час як з ртуттю відбувається навпаки, адже його когезивні металеві сили зв'язування запобігають змочуванню скла.

З цієї причини вода утворює увігнутий меніск, а ртутний - опуклий меніск (куполоподібний). Слід також зазначити, що чим менший радіус трубки або ділянка, через який рухається рідина, тим більше висота або пройдена відстань (порівняйте висоти колонок води для обох труб)..

Індекс

  • 1 Характеристика капілярності
    • 1.1 - Поверхня рідини
    • 1.2 -Висота
    • 1.3 -Поверхневий натяг
    • 1.4 - Радіокапіляр або пори, де рідина піднімається
    • 1,5 - кут контакту (θ)
  • 2 Капілярність води
    • 2.1 Про рослини
  • 3 Посилання

Характеристика капілярності

-Поверхня рідини

Поверхня рідини, тобто вода, в капілярі є увігнутою; меніск - увігнутий. Така ситуація виникає внаслідок того, що наслідки сил, що діють на молекули води біля стінки трубки, спрямовані на це.

У всіх менісках є кут контакту (θ), який є кутом, який утворює стінку капілярної трубки з лінією, дотичною до поверхні рідини в точці контакту..

Сили прилипання та згуртованості

Якщо сила адгезії рідини до стіни капіляра переважає над міжмолекулярною силою когезії, то кут θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Коли на поверхню чистого скла поміщають краплю води, вода поширюється по склу, так що θ = 0 і cos θ = 1.

Якщо сила міжмолекулярної когезії переважає над адгезійною міцністю стінок рідини, наприклад, ртуті, то меніск буде опуклий, а кут θ матиме значення> 90º; ртуть не змочує стінку капіляра і тому спускається через її внутрішню стінку.

Коли крапля ртуті поміщається на поверхню чистого скла, крапля зберігає свою форму і кут θ = 140º.

-Висота

Вода піднімається через капілярну трубку для досягнення висоти (h), в якій вага стовпа води компенсує вертикальну складову сили міжмолекулярної когезії.

Коли більше води піднімається, настане момент, коли гравітація зупинить його підйом, навіть якщо поверхнева напруга працює у вашу користь.

Коли це відбувається, молекули не можуть продовжувати "підніматися" по внутрішніх стінах, і всі фізичні сили вирівнюються. З одного боку, у вас є сили, які сприяють підйому води, а з іншого боку, ваша власна вага штовхає її вниз.

Закон Юріна

Це можна записати математично наступним чином:

2 π rΥcosθ = ρgπr2h

Де ліва частина рівняння залежить від поверхневого натягу, величина якого також пов'язана з когезиєю або міжмолекулярними силами; Cosθ являє собою кут контакту, а r радіус отвору, через який піднімається рідина.

А з правого боку рівняння ми маємо висоту h, силу тяжіння g, і щільність рідини; це була б вода.

Очищення тоді h у вас є

h = (2Υcosθ / ρgr)

Ця формула відома як Закон Юріна, який визначає висоту, що досягається стовпцем рідини, в капілярній трубці, коли вага стовпа рідини врівноважується силою підйому по капілярності.

-Поверхневий натяг

Вода - це двополярна молекула, завдяки електронегативності атома кисню і його молекулярної геометрії. Це призводить до того, що частина молекули води, де знаходиться кисень, має бути негативно заряджена, тоді як частина молекули води, що містить 2 атоми водню, позитивно заряджена.

Молекули всередині рідини взаємодіють завдяки цьому через кілька водневих зв'язків, утримуючи їх разом. Однак молекули води, що знаходяться в межі розділу води: повітря (поверхня), піддаються чистого притягання молекулами рідкого синуса, не компенсуються слабким притяганням з молекулами повітря..

Тому молекули води інтерфейсу піддаються привабливій силі, яка прагне видалити молекули води з інтерфейсу; тобто водневі мости, утворені з молекулами в нижній частині, перетягують ті, що знаходяться на поверхні. Таким чином, поверхневий натяг прагне зменшити поверхню води: повітряний інтерфейс.

Зв'язок з h

Якщо ви подивитеся на рівняння закону Юріна, ви побачите, що h прямо пропорційна Υ; отже, чим більше поверхневий натяг рідини, тим більше висота, яка може підніматися через капіляр або пори матеріалу.

Таким чином, можна очікувати, що для двох рідин, А і В, з різними поверхневими натягами, той з найвищим поверхневим натягом підвищується до більшої висоти.

З цього пункту можна зробити висновок, що висока поверхневий натяг є найважливішою характеристикою, що визначає капілярну властивість рідини.

-Радіус капіляра або пори, де рідина піднімається

Спостереження Закону Юріна вказує на те, що висота, що досягається рідиною в капілярі або порі, обернено пропорційна радіусу однієї і тієї ж.

Отже, чим менше радіус, тим більша висота, до якої стовпець рідини досягне за допомогою капілярного дії. Це можна побачити безпосередньо на зображенні, де вода порівнюється з ртуттю.

У скляній трубці радіусом радіусом 0,05 мм стовп води по капілярності досягне висоти 30 см. У капілярних трубах радіус 1 мкм при тиску всмоктування 1,5 х 103 hPa (що дорівнює 1,5 атм) відповідає розрахунку висоти водяного стовпа від 14 до 15 м.

Це дуже схоже на те, що відбувається з цими соломками, які кілька разів обертаються в собі. Висмоктуючи рідину, створюється різниця тисків, що змушує рідину підніматися до рота.

Максимальне значення висоти колони, що досягається капілярністю, є теоретичним, оскільки радіус капілярів не може бути знижений за певний межа.

Закон Пуазейля

Це встановлює, що потік реальної рідини задається наступним виразом:

Q = (πr4/ 8ηl) ΔP

Де Q - потік рідини, η - її в'язкість, l - довжина трубки, ΔP - різниця тисків.

При зменшенні радіусу капіляра висота стовпа рідини, що досягається капілярністю, повинна зростати нескінченно. Однак Пуазейль вказує, що зменшення радіусу також зменшує потік рідини через цей капіляр.

Крім того, в'язкість, яка є показником опору, що протистоїть потоку реальної рідини, ще більше зменшує потік рідини.

-Кут контакту (θ)

Чим вище значення cosθ, тим вище висота стовпа води за допомогою капілярності, як зазначено в законі Юріна.

Якщо θ малий і наближається до нуля (0), то cosθ = 1, тому значення h буде максимальним. Навпаки, якщо θ дорівнює 90º, cosθ = 0 і значення h = 0.

Коли значення θ перевищує 90º, що є випадок опуклого меніска, рідина не піднімається на капілярність, а її тенденція - знижуватися (як це відбувається з ртуттю).

Капілярність води

Вода має величину поверхневого натягу 72,75 Н / м, відносно висока порівняно зі значеннями для поверхневого натягу наступних рідин:

-Ацетон: 22,75 Н / м

-Етиловий спирт: 22,75 Н / м

-Гексан: 18,43 Н / м

-Метанол: 22,61 Н / м.

Тому вода має виняткову поверхневу напругу, що сприяє розвитку капілярного явища, необхідного для поглинання водою та живильними речовинами рослин..

На рослинах

Капілярність є важливим механізмом для підйому соку ксилемою рослин, але недостатньо для того, щоб зробити так, щоб сік досягав листя дерев.

Транспірація або випаровування є важливим механізмом підйому соку ксилемою рослин. Листя втрачають воду шляхом випаровування, генеруючи зменшення кількості молекул води, що викликає притягання молекул води, присутніх в капілярних трубах (ксилеми)..

Молекули води не діють незалежно один від одного, але взаємодіють силами Ван-дер-Ваальса, що призводить до того, що вони піднімаються через капілярні трубки рослин до листя.

На додаток до цих механізмів слід зазначити, що рослини поглинають воду з ґрунту осмосом і що позитивний тиск, що генерується в корені, призводить до початку підйому води через капіляри рослини..

Список літератури

  1. Гарсія Франко А. (2010). Поверхневі явища. Отримано з: sc.ehu.es
  2. Поверхневі явища: поверхневий натяг і капілярність. [PDF] Отримано з: ugr.es
  3. Вікіпедія. (2018). Капілярність Отримано з: en.wikipedia.org
  4. Risvhan T. (s.f.) Капілярність у рослинах. Отримано з: academia.edu
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 грудня 2018). Дія капілярів: визначення та приклади. Отримано з: thoughtco.com
  6. Еллен Елліс М. (2018). Капілярна дія води: визначення та приклади. Дослідження. Отримано з: study.com
  7. Навчання персоналу. (16 липня 2017 р.) Приклади, які пояснюють поняття і значення капілярної дії. Отримано з: sciencestruck.com