Характеристики капиллярности и пример в воде



капиллярность Это свойство жидкостей, которое позволяет им перемещаться через трубчатые отверстия или пористые поверхности даже против силы тяжести. Для этого должны существовать баланс и координация двух сил, связанных с молекулами жидкости: когезия и адгезия; имея эти два физического отражения, называемого поверхностным натяжением.

Жидкость должна быть способной смачивать внутренние стенки трубки или поры материала, через который она движется. Это происходит, когда сила адгезии (жидкая стенка капиллярной трубки) больше, чем сила межмолекулярного сцепления. Следовательно, молекулы жидкости создают более сильные взаимодействия с атомами материала (стекло, бумага и т. Д.), Чем между ними..

Классический пример капиллярности иллюстрируется сравнением этого свойства для двух очень разных жидкостей: воды и ртути..

Верхнее изображение показывает, что вода поднимается через стенки трубки, что означает, что она имеет более высокие силы сцепления; в то время как с ртутью происходит обратное, потому что ее когезионные, металлические силы сцепления препятствуют смачиванию стекла.

По этой причине вода образует вогнутый мениск, а ртуть - выпуклый мениск (куполообразный). Также следует отметить, что чем меньше радиус трубки или участка, по которому движется жидкость, тем больше высота или пройденное расстояние (сравните высоту водяных столбиков для обеих трубок).

индекс

  • 1 Характеристики капиллярности
    • 1.1 - Поверхность жидкости
    • 1.2 -Высота
    • 1.3 -Поверхностное натяжение
    • 1.4 -Радио капилляра или поры, где поднимается жидкость
    • 1,5 - угол контакта (θ)
  • 2 Капиллярность воды
    • 2.1 На растения
  • 3 Ссылки

Характеристики капиллярности

-Поверхность жидкости

Поверхность жидкости, например воды, в капилляре вогнутая; мениск вогнутый. Такая ситуация возникает из-за того, что результирующие силы, действующие на молекулы воды вблизи стенки трубки, направлены на это..

Во всем мениске есть угол контакта (θ), который представляет собой угол, который образует стенку капиллярной трубки с линией, касательной к поверхности жидкости в точке контакта.

Силы сцепления и сцепления

Если сила адгезии жидкости к стенке капилляра преобладает над силой межмолекулярного сцепления, то угол равен θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Когда капля воды помещается на поверхность чистого стекла, вода распространяется по стеклу, так что θ = 0 и cos θ = 1.

Если сила межмолекулярного сцепления преобладает над адгезионной прочностью капилляра к жидкостной стенке, например, у ртути, мениск будет выпуклым, а угол θ будет иметь значение> 90º; ртуть не смачивает стенку капилляра и поэтому опускается через ее внутреннюю стенку.

Когда капля ртути помещается на поверхность чистого стекла, капля сохраняет свою форму и угол θ = 140º.

-высота

Вода поднимается через капиллярную трубку, чтобы достичь высоты (h), при которой вес водяного столба компенсирует вертикальную составляющую силы межмолекулярного сцепления.

По мере подъема воды наступает момент, когда гравитация останавливает рост, даже если поверхностное натяжение работает в вашу пользу..

Когда это происходит, молекулы не могут продолжать «карабкаться» вверх по внутренним стенкам, и все физические силы уравниваются. С одной стороны, у вас есть силы, которые способствуют подъему воды, а с другой стороны, ваш собственный вес отталкивает ее вниз..

Закон Юрина

Это можно записать математически следующим образом:

2 π rΥcosθ = ρgπr2час

Где левая часть уравнения зависит от поверхностного натяжения, величина которого также связана с когезией или межмолекулярными силами; Cosθ представляет угол контакта, а r радиус отверстия, через которое поднимается жидкость.

И в правой части уравнения мы имеем высоту h, силу тяжести g и плотность жидкости; это будет вода.

Очистка тогда ч у вас есть

h = (2Υcosθ / ρgr)

Эта формулировка известна как закон Юрина, который определяет высоту, достигаемую столбом жидкости в капиллярной трубке, когда вес столба жидкости уравновешивается силой подъема по капиллярности..

-Поверхностное натяжение

Вода является диполярной молекулой из-за электроотрицательности атома кислорода и его молекулярной геометрии. Это приводит к тому, что часть молекулы воды, в которой находится кислород, заряжена отрицательно, а часть молекулы воды, содержащая 2 атома водорода, заряжена положительно..

Молекулы внутри жидкости взаимодействуют благодаря множеству водородных связей, удерживая их вместе. Однако молекулы воды, находящиеся на границе раздела вода: воздух (поверхность), подвержены суммарному притяжению со стороны молекул жидкого синуса, не компенсируемому слабым притяжением с молекулами воздуха..

Следовательно, молекулы воды на границе раздела подвергаются воздействию силы притяжения, которая стремится удалить молекулы воды с поверхности раздела; то есть водородные мостики, сформированные с молекулами в основании, тянут те, которые находятся на поверхности. Таким образом, поверхностное натяжение стремится уменьшить поверхность раздела вода: воздух.

Отношения с ч

Если вы посмотрите на уравнение закона Юрина, то обнаружите, что h прямо пропорционально Υ; следовательно, чем больше поверхностное натяжение жидкости, тем больше высота, которая может подниматься через капилляр или пору материала.

Таким образом, можно ожидать, что для двух жидкостей, A и B, с разным поверхностным натяжением, жидкость с наибольшим поверхностным натяжением поднимается до более высокой высоты..

Из этого можно сделать вывод, что высокое поверхностное натяжение является наиболее важной характеристикой, которая определяет капиллярное свойство жидкости..

-Радиус капилляра или поры, где поднимается жидкость

Соблюдение закона Юрина указывает на то, что высота, достигаемая жидкостью в капилляре или поре, обратно пропорциональна радиусу того же самого.

Следовательно, чем меньше радиус, тем больше высота, которую столб жидкости достигнет за счет капиллярного воздействия. Это можно увидеть непосредственно на изображении, где вода сравнивается с ртутью.

В стеклянной трубке с радиусом 0,05 мм толща воды по капиллярности достигнет высоты 30 см. В капиллярных трубках с радиусом 1 мкм при давлении всасывания 1,5 х 103 ГПа (что равно 1,5 атм) соответствует расчету высоты водяного столба от 14 до 15 м..

Это очень похоже на то, что происходит с теми соломинками, которые вращаются сами по себе несколько раз. При всасывании жидкости создается перепад давления, который вызывает подъем жидкости в рот.

Максимальное значение высоты столбца, достигаемое капиллярностью, является теоретическим, поскольку радиус капилляров не может быть уменьшен за пределы определенного предела..

Закон Пуазейля

Это устанавливает, что поток реальной жидкости задается следующим выражением:

Q = (πr4/ 8ηl) ΔP

Где Q - поток жидкости, η - ее вязкость, l длина трубки, а ΔP - перепад давления.

При уменьшении радиуса капилляра высота столба жидкости, достигаемого капиллярностью, должна увеличиваться бесконечно. Однако Пуазейль указывает, что уменьшение радиуса также уменьшает поток жидкости через этот капилляр.

Кроме того, вязкость, которая является мерой сопротивления, которое противодействует потоку реальной жидкости, будет дополнительно уменьшать поток жидкости.

-Угол контакта (θ)

Чем выше значение cosθ, тем выше высота столба воды по капиллярности, как указано в законе Юрина.

Если θ мало и приближается к нулю (0), cosθ равно = 1, поэтому значение h будет максимальным. Наоборот, если θ равен 90º, cosθ = 0 и значение h = 0.

Когда значение θ больше 90º, как в случае выпуклого мениска, жидкость не поднимается капиллярно и имеет тенденцию к снижению (как это происходит с ртутью).

Капиллярность воды

Вода имеет значение поверхностного натяжения 72,75 Н / м, относительно высокое по сравнению со значениями поверхностного натяжения следующих жидкостей:

-Ацетон: 22,75 н / м

-Этиловый спирт: 22,75 н / м

-Гексан: 18,43 Н / м

-Метанол: 22,61 н / м.

Следовательно, вода обладает исключительным поверхностным натяжением, что способствует развитию капиллярного явления, столь необходимого для поглощения воды и питательных веществ растениями..

На растениях

Капиллярность является важным механизмом для поднятия сока ксилемой растений, но сама по себе она недостаточна для того, чтобы сок достиг листьев деревьев..

Транспирация или испарение является важным механизмом восхождения сока ксилемой растений. Листья теряют воду в результате испарения, вызывая уменьшение количества молекул воды, что вызывает притяжение молекул воды, присутствующих в капиллярных трубках (ксилема).

Молекулы воды не действуют независимо друг от друга, но взаимодействуют под действием сил Ван-дер-Ваальса, которые заставляют их подниматься, связанные капиллярными трубками растений, к листьям..

В дополнение к этим механизмам следует отметить, что растения поглощают воду из почвы посредством осмоса и что положительное давление, создаваемое в корне, приводит к началу подъема воды через капилляры растения..

ссылки

  1. Гарсия Франко А. (2010). Поверхностные явления. Получено от: sc.ehu.es
  2. Поверхностные явления: поверхностное натяжение и капиллярность. [PDF]. Получено из: ugr.es
  3. Wikipedia. (2018). Капиллярность. Получено с: en.wikipedia.org
  4. Рисвхан Т. (с.ф.) Капиллярность у растений. Получено из: academia.edu
  5. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (22 декабря 2018 г.) Капиллярное действие: определение и примеры. Получено с: мысли
  6. Эллен Эллис М. (2018). Капиллярное действие воды: определение и примеры. Исследование. Получено с: study.com
  7. Научный Штурм Штат. (16 июля 2017 г.) Примеры, которые объясняют концепцию и значение капиллярного действия. Получено с: sciencestruck.com