Капилярни характеристики и пример във водата



на капилярност Това е свойство на течности, което им позволява да се движат през тръбни дупки или порести повърхности дори срещу силата на гравитацията. За това трябва да има баланс и координация на две сили, свързани с течните молекули: сцепление и сцепление; тези две физическо отражение, наречено повърхностно напрежение.

Течността трябва да може да намокри вътрешните стени на тръбата или порите на материала, през който се движи. Това се случва, когато адхезионната сила (течна стена на капилярната тръба) е по-голяма от силата на междумолекулната кохезия. Следователно, течните молекули създават по-силни взаимодействия с атомите на материала (стъкло, хартия и др.), Отколкото между тях.

Класическият пример за капилярност е илюстриран в сравнението на това свойство за две много различни течности: вода и живак.

Горното изображение показва, че водата се издига през стените на тръбата, което означава, че тя има по-високи сили на сцепление; докато обратното се случва с живака, защото неговите кохезионни, метални сили на свързване му пречат да намокрят стъклото.

Поради тази причина водата образува вдлъбнат менискус, а живачен изпъкнал мениск (куполообразен). Трябва също да се отбележи, че колкото по-малък е радиусът на тръбата или участъка, през който се движи течността, толкова по-голяма е височината или изминатото разстояние (сравнете височините на водните колони за двете тръби)..

индекс

  • 1 Характеристики на капилярността
    • 1.1 - Повърхност на течността
    • 1.2 - Височина
    • 1.3 - Повърхностно напрежение
    • 1.4 - Радио на капиляра или порите, където течността се издига
    • 1.5 - Ъгъл на контакт (θ)
  • 2 Капилярност на водата
    • 2.1 За растенията
  • 3 Препратки

Характеристики на капилярността

-Повърхността на течността

Повърхността на течността, така наречената вода, в капиляра е вдлъбната; менискът е вдлъбнат. Тази ситуация се случва, тъй като получените сили на водните молекули в близост до стената на тръбата са насочени към това.

Във всички менискуси има ъгъл на контакт (θ), който е ъгълът, който образува стената на капилярната тръба с линия, допирателна към повърхността на течността в точката на контакт..

Силите за сближаване и сближаване

Ако силата на сцепление на течността към капилярната стена преобладава над междумолекулната сила на сцепление, тогава ъгълът е θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Когато една капка вода се постави на повърхността на чисто стъкло, водата се разпространява върху стъклото, така че θ = 0 и cos θ = 1.

Ако силата на междумолекулярното сцепление преобладава над якостта на сцепление на течните стени на капиляра, например в живак, менискусът ще бъде изпъкнал и ъгълът θ ще има стойност> 90 °; живакът не навлажнява капилярната стена и следователно се спуска през неговата вътрешна стена.

Когато една капка живак е поставена на повърхността на чисто стъкло, капка запазва формата си и ъгълът θ = 140º.

-височина

Водата се издига през капилярната тръба, за да достигне височина (h), при която теглото на водния стълб компенсира вертикалната компонента на силата на междумолекулярната кохезия.

С увеличаването на водата ще настъпи момент, в който гравитацията ще спре да се издига, дори и с повърхностно напрежение, което работи в ваша полза.

Когато това се случи, молекулите не могат да продължат да се "изкачват" по вътрешните стени и всички физически сили се изравняват. От една страна имате сили, които насърчават издигането на вода, а от друга страна, собственото ви тегло го бута.

Законът на Юрин

Това може да бъде написано математически, както следва:

2 π rΥcosθ = ρgπr2з

Когато лявата страна на уравнението зависи от повърхностното напрежение, чиято величина е свързана и с кохезионните или междумолекулните сили; Cosθ представлява контактният ъгъл и r радиуса на отвора, през който течността се издига.

А от дясната страна на уравнението имаме височината h, силата на гравитацията g и плътността на течността; това ще бъде водата.

Изчиства се тогава h

h = (2Υcosθ / ρgr)

Тази формулировка е известна като Закон на Юрин, който определя височината, достигната от колоната за течност, в капилярната тръба, когато теглото на колоната за течност е балансирано със силата на издигането чрез капилярност.

-Повърхностно напрежение

Водата е диполна молекула, поради електронегативността на кислородния атом и неговата молекулярна геометрия. Това причинява частта от водната молекула, където кислородът се намира, да бъде отрицателно заредена, докато частта от водната молекула, съдържаща 2 водородни атома, е положително заредена..

Молекулите в течността взаимодействат благодарение на това чрез множество водородни връзки, като ги държат заедно. Въпреки това, водните молекули, които са в повърхността на водата: въздух (повърхност), са подложени на нетно привличане от молекулите на течния синус, които не се компенсират от слабото привличане с молекулите на въздуха..

Следователно, водните молекули на интерфейса са подложени на атрактивна сила, която има тенденция да отстранява водните молекули от интерфейса; водородните мостове, образувани с молекулите в дъното, плъзгат онези, които са на повърхността. По този начин повърхностното напрежение се стреми да намали повърхността на интерфейса вода: въздух.

Връзка с h

Ако погледнете уравнението на закона на Юрин, ще откриете, че h е пряко пропорционално на Υ; следователно, колкото по-голямо е повърхностното напрежение на течността, толкова по-голяма е височината, която може да се издигне през капиляр или порите на материала.

По този начин може да се очаква, че за две течности, А и В, с различни повърхностни напрежения, тази с най-високо повърхностно напрежение се издига до по-висока височина..

От тази точка може да се заключи, че високото повърхностно напрежение е най-важната характеристика, която определя капилярното свойство на течността.

-Радиус на капилярата или порите, където течността се издига

Наблюдението на Закона на Юрин показва, че височината, достигната от течност в капиляра или порите е обратно пропорционална на радиуса на същата.

Следователно, колкото по-малък е радиусът, толкова по-голяма е височината, която колоната за течност ще достигне чрез капилярно действие. Това може да се види директно в изображението, където водата се сравнява с живака.

В стъклена тръба с радиус от 0.05 mm радиус, водният стълб с капилярност ще достигне височина от 30 cm. В капилярни тръби с радиус от 1 μm със смукателно налягане 1,5 х 103 hPa (което е равно на 1.5 atm) съответства на изчисляване на височината на водния стълб от 14 до 15 m.

Това е много подобно на това, което се случва с тези сламки, които се въртят в себе си няколко пъти. Чрез изсмукване на течността се създава разлика в налягането, която кара течността да се издига до устата.

Максималната стойност на височината на колоната, достигната чрез капилярност, е теоретична, тъй като радиусът на капилярите не може да бъде намален над определено ограничение..

Закон на Поасей

Това установява, че потокът на истинска течност се дава от следния израз:

Q = (πr4/ 8ηl) ΔP

Където Q е течният поток, η е неговият вискозитет, l дължината на тръбата и ΔP разликата в налягането.

При намаляване на радиуса на капиляра височината на колоната на течността, достигната чрез капилярност, трябва да се увеличава неопределено време. Обаче, Поазюи посочва, че намаляването на радиуса също намалява потока на течност през капиляра.

В допълнение, вискозитетът, който е мярка за съпротивлението, противопоставящ потока на действителната течност, допълнително ще намали потока на течността.

-Ъгъл на контакт (θ)

Колкото по-висока е стойността на cosθ, толкова по-висока е височината на водния стълб по капилярност, както е посочено от закона на Jurin.

Ако θ е малък и се приближава до нула (0), cosθ е = 1, така че стойността h ще бъде максимална. Напротив, ако θ е равно на 90º, cosθ = 0 и стойността на h = 0.

Когато стойността на θ е по-голяма от 90 °, което е случаят с изпъкналия мениск, течността не се увеличава с капилярност и тенденцията е да се спуска (както се случва с живак).

Капилярност на водата

Водата има стойност на повърхностно напрежение 72,75 N / m, сравнително висока в сравнение със стойностите за повърхностно напрежение на следните течности:

-Ацетон: 22,75 N / m

-Етилов алкохол: 22,75 N / m

-Хексан: 18.43 N / m

-Метанол: 22.61 N / m.

Ето защо, водата има изключително повърхностно напрежение, което благоприятства развитието на капилярния феномен, който е толкова необходим за усвояването на водата и хранителните вещества от растенията..

На растенията

Капилярността е важен механизъм за издигането на сока от ксилема на растенията, но сам по себе си той не е достатъчен да накара сока да достигне листата на дърветата..

Транспирацията или изпарението е важен механизъм при издигането на сока от ксилема на растенията. Листата губят вода чрез изпаряване, което води до намаляване на количеството водни молекули, което причинява привличане на водните молекули в капилярните тръби (ксилеми)..

Водните молекули не действат независимо един от друг, а взаимодействат със силите на Ван дер Ваалс, което ги кара да се издигат, свързани с капилярните тръби на растенията към листата..

В допълнение към тези механизми, трябва да се отбележи, че растенията абсорбират вода от почвата чрез осмоза и че положителното налягане, генерирано в корена, задвижва началото на изкачването на вода през капилярите на растението..

препратки

  1. Гарсия Франко А. (2010). Повърхностни явления. Изтеглено от: sc.ehu.es
  2. Повърхностни явления: повърхностно напрежение и капилярност. [PDF]. Получено от: ugr.es
  3. Wikipedia. (2018). Капилярна. Изтеглено от: en.wikipedia.org
  4. Risvhan T. (s.f.) Капилярност в растенията. Изтеглено от: academia.edu
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 декември 2018 г.). Капилярно действие: определение и примери. Изтеглено от: thoughtco.com
  6. Ellen Ellis M. (2018). Капилярно действие на водата: определение и примери. Изследване. Изтеглено от: study.com
  7. Персонал на науката. (16 юли 2017 г.). Примери, които обясняват концепцията и смисъла на капилярното действие. Изтеглено от: sciencestruck.com