Introduktion til kemi (Dansk)

Vilkår

• spanningForce transmitteret gennem et reb, snor, kabel eller lignende objekt (bruges med præpositioner på, i eller til at formidle, at den samme styrke kræves for objekter fastgjort til begge ender).
• energi En mængde, der angiver et systems evne til at udføre arbejde. Den har dimensioner på masse × afstand² / tid², såsom 1 kg m 2 / sec2 = 1 Joule (J).
• krumning Den grad, hvor en bøjet form er buet.

Væsker er væsker

Væsker og faste stoffer deler en fælles attribut: en klar og mærkbar fasegrænse, der giver prøven en enkel, men bestemt form. Væsker og faste stoffer deler også noget andet: de fleste af deres molekylære enheder er i nogen grad i relativt tæt kontakt. Imidlertid er væsker, ligesom gasser, væsker, hvilket betyder, at deres molekylære enheder kan bevæge sig mere eller mindre uafhængigt af hinanden. Mens volumenet af en gas afhænger helt af trykket, er volumenet af en væske stort set uafhængig af det atmosfæriske tryk. Derfor er gasser komprimerbare, mens væsker næsten ikke er.

Sammenhængende kræfter resulterer i overfladespænding

Molekylerne i en prøve af en væske, der befinder sig fuldstændigt i det indre volumen, er omgivet af andre molekyler og interagerer med dem baseret på de attraktive intermolekylære kræfter, der er til stede for molekyler af denne type. Imidlertid har molekylerne ved grænsefladen med et andet medium (normalt luft) ikke andre lignende molekyler på alle deres sider (nemlig oven på dem), så de hænger stærkere sammen med molekylerne på overfladen og umiddelbart under dem. Resultatet er en overfladefilm, der gør det vanskeligere for en genstand at trænge igennem overfladen end for at bevæge sig, når den er nedsænket i væskeprøven. Derfor resulterer de sammenhængende kræfter i fænomenet overfladespænding.

Young-Laplace ligningen

Overfladespænding er ansvarlig for formen af en væskedråbe. Selvom det let deformeres, trækkes vanddråber tendens til en sfærisk form af overfladelagets sammenhængende kræfter I fravær af andre kræfter, herunder tyngdekraften, vil dråber af næsten alle væsker være perfekt sfæriske. Hvis ingen kraft virker normal (vinkelret) på en spændt overflade, skal overfladen forblive flad. Men hvis trykket på den ene side af overfladen adskiller sig fra tryk på den anden side, resulterer trykforskellen gange overfladearealet i en normal kraft ionkræfter for at fjerne denne kraft på grund af tryk, skal overfladen være buet. Når alle kræfter er afbalanceret, er overfladens krumning et godt mål for overfladespændingen, hvilket er beskrevet af Young-Laplace-ligningen:

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

Denne ligning beskriver form og krumning af vandbobler og vandpytter, “fodspor” af vand- gående insekter, og fænomenet med en nål, der flyder på overfladen af vand. Selvom nålen er tættere end vand, flyder den, fordi overfladespænding er en kontraktiv tendens til overfladen af en væske, der gør det muligt at modstå en ekstern kraft. Dette egenskab er forårsaget af samhørighed af lignende molekyler og er ansvarlig for mange af væskers opførsel.

Molekylers potentielle energi i en væske

Når man forestiller sig formen af en væskedråbe eller krumning af overfladen af en væske, skal man huske på, at molekylerne ved overfladen har et andet niveau af potentiel energi end det indre.Det vil sige, der er en energiforskel mellem det indre og overfladen: at flytte et molekyle fra det indre til overfladen kræver energi. Væsker (for eksempel i form af en dråbe) er formet på en måde, der minimerer energien på overfladen. Igen, da energien ved overfladen for en stor del skyldes de intermolekylære tiltrækningskræfter mellem partikler på overfladen og dem i det indre, er overfladespændingen en indikator for omfanget af disse kræfter. Forskellige væsker og opløsninger har forskellige overfladespændinger.

Overfladespændingerne for nogle få almindelige væsker og opløsninger er som følger i dyne / cm (bemærk den særligt høje overfladespænding af vand):

• vand, H (OH): 72,7
• benzen, C6H6: 40,0
• glycerol, C3H2 (OH) 3: 63,0
• saccharoseopløsning (85% i vand): 76.4

Overfladespændingsenheder

Overfladespænding udtrykkes i kraftenheder pr. Længdeenhed eller energi pr. Arealeenhed (f.eks. , N / m eller J / m2). De to er ækvivalente, men når man henviser til energi pr. Arealenhed, bruger folk udtrykket “overfladenergi”, hvilket er et mere generelt udtryk i den forstand, at det gælder både faste stoffer og væsker.