Úvod do chemie (Čeština)

Termíny

• napětí Síla přenášená lanem, provázkem, kabelem nebo podobným objektem (používá se s předložkami na, v nebo z, které vyjadřují, že stejná velikost síly platí pro objekty připojený k oběma koncům).
• energie Množství, které označuje schopnost systému pracovat. Má rozměry hmotnosti × vzdálenost² / čas², například 1 kg m 2 / sec2 = 1 Joule (J).
• zakřivení Stupeň zakřivení ohnutého tvaru.

Kapaliny jsou kapaliny

Kapaliny a pevné látky sdílejí společný atribut: jasnou a rozeznatelnou fázovou hranici, která dává vzorku jednoduchý, ale jednoznačný tvar. Kapaliny a pevné látky sdílejí také něco jiného: většina jejich molekulárních jednotek je do určité míry v relativně těsném kontaktu. Kapaliny, jako plyny, jsou však kapaliny, což znamená, že jejich molekulární jednotky se mohou pohybovat víceméně nezávisle na sobě. Zatímco objem plynu zcela závisí na tlaku, objem kapaliny je do značné míry nezávislý na atmosférickém tlaku. Proto jsou plyny stlačitelné, zatímco kapaliny téměř nejsou.

Kohezní síly mají za následek povrchové napětí

Molekuly ve vzorku kapaliny, které se nacházejí zcela ve vnitřním objemu, jsou obklopeny jinými molekulami a interagovat s nimi na základě atraktivních mezimolekulárních sil, které jsou přítomné pro molekuly tohoto typu. Molekuly na rozhraní s jiným médiem (obvykle vzduchem) však nemají další podobné molekuly na všech svých stranách (jmenovitě nad nimi), takže silněji přilnou k molekulám na povrchu a bezprostředně pod nimi. Výsledkem je povrchový film, který ztěžuje průnik objektu povrchem, než aby se pohyboval, jakmile se ponoří do vzorku kapaliny. Soudržné síly proto vedou k jevu povrchového napětí.

Young-Laplaceova rovnice

Povrchové napětí je zodpovědné za tvar kapičky kapaliny. Ačkoli se kapičky vody snadno deformují, mají tendenci být soudržnými silami povrchové vrstvy přitahovány do sférického tvaru. Při absenci dalších sil, včetně gravitace, by byly kapky prakticky všech kapalin dokonale sférické. Pokud žádná síla nepůsobí normálně (kolmo) na napnutý povrch, musí povrch zůstat rovný. Pokud však tlak na jedné straně povrchu liší se od tlaku na druhé straně, výsledkem tlakového rozdílu časů povrchu je normální síla iontové síly pro zrušení této síly v důsledku tlaku musí být povrch zakřivený. Když jsou všechny síly vyvážené, je zakřivení povrchu dobrým měřítkem povrchového napětí, které je popsáno Young-Laplaceovou rovnicí:

\ Delta P = \ gamma \ left (\ frac { 1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \ vpravo)

Tato rovnice popisuje tvar a zakřivení vodních bublin a kaluží, „stopy“ vodních chodící hmyz a fenomén jehly plovoucí na povrchu vody. I když jehla je hustší než voda, vznáší se, protože povrchové napětí je kontrakční tendence povrchu kapaliny, která jí umožňuje odolávat vnější síle. vlastnost je způsobena soudržností podobných molekul a je zodpovědná za mnoho chování tekutin.

Potenciální energie molekul v kapalině

Při představování tvaru kapičky kapaliny nebo zakřivení povrchu kapaliny, je třeba mít na paměti, že molekuly na povrchu jsou na jiné úrovni potenciální energie než vnitřní.To znamená, že existuje rozdíl v energii mezi vnitřkem a povrchem: přemístit molekulu z vnitřku na povrch vyžaduje energii. Kapaliny (například ve formě kapiček) jsou tvarovány způsobem, který minimalizuje energii na povrchu. Opět platí, že protože energie na povrchu je z velké části způsobena mezimolekulárními přitažlivými silami mezi částicemi na povrchu a částicemi ve vnitřním prostoru, je povrchové napětí indikátorem rozsahu těchto sil. Různé kapaliny a roztoky mají různá povrchová napětí.

Povrchové napětí několika běžných kapalin a roztoků je následující, v dyne / cm (všimněte si zvláště vysokého povrchového napětí vody):

• voda, H (OH): 72,7
• benzen, C6H6: 40,0
• glycerin, C3H2 (OH) 3: 63,0
• roztok sacharózy (85% ve vodě): 76,4

Jednotky povrchového napětí

Povrchové napětí je vyjádřeno v jednotkách síly na jednotku délky nebo v energii na jednotku plochy (například , N / m nebo J / m2). Oba jsou ekvivalentní, ale když se odkazuje na energii na jednotku plochy, lidé používají termín „povrchová energie“, což je obecnější pojem v tom smyslu, že se vztahuje na pevné látky i na kapaliny.