Johdatus kemiaan (Suomi)

Termit

• jännitys Köysi, naru, vaijeri tai vastaava esine välitetään voimalla (käytetään prepositioiden kanssa, sisään tai sisään, jotta voidaan ilmaista, että esineisiin sovelletaan samaa voimakkuuden voimaa) molempiin päihin kiinnitetty).
• energiaMäärä, joka ilmaisee järjestelmän kykyä tehdä työtä. Sen mitat ovat massa × etäisyys² / aika², kuten 1 kg m 2 / sec2 = 1 joule (J).
• kaarevuus Taivutetun muodon kaarevuuden aste.

Nesteet ovat nesteitä

Nesteet ja kiinteillä aineilla on yhteinen ominaisuus: selkeä ja havaittavissa oleva vaiheraja, joka antaa näytteelle yksinkertaisen mutta selkeän muodon. Nesteillä ja kiinteillä aineilla on myös jotain muuta: suurin osa niiden molekyyliyksiköistä on jossain määrin suhteellisen läheisiä. Nesteet, kuten kaasut, ovat kuitenkin nesteitä, mikä tarkoittaa, että niiden molekyyliyksiköt voivat liikkua enemmän tai vähemmän toisistaan riippumatta. Vaikka kaasun tilavuus riippuu täysin paineesta, nesteen tilavuus on suurelta osin riippumaton ilmakehän paineesta. Siksi kaasut ovat kokoonpuristuvia, kun taas nesteitä ei melkein ole.

Koheesiovoimat syntyvät pintajännityksessä

Nesteen näytteessä olevat molekyylit, jotka ovat täysin sisätiloissa, ympäröivät muiden molekyylien välityksellä ja vuorovaikutuksessa niiden kanssa tämän tyyppisten molekyylien läsnä olevien houkuttelevien molekyylien välisten voimien perusteella. Toisen väliaineen (yleensä ilman) rajapinnassa olevilla molekyyleillä ei kuitenkaan ole muita samanlaisia molekyylejä kaikilla sivuillaan (nimittäin niiden päällä), joten ne tarttuvat voimakkaammin pintaan ja välittömästi niiden alapuolelle oleviin molekyyleihin. Tuloksena on pintakalvo, joka vaikeuttaa kohteen lävistämistä pinnan läpi kuin sen liikkumisen upotettuna nestenäytteeseen. Siksi yhteenkuuluvat voimat aiheuttavat pintajännityksen.

Young-Laplace -yhtälö

Pintajännitys on vastuussa nestepisaroiden muodosta. Vaikka vesipisarat ovat helposti epämuodostuneita, ne vedetään yleensä pallomaisiksi pintakerroksen yhtenäisten voimien avulla Jos muita voimia, mukaan lukien painovoima, ei ole, pisarat käytännöllisesti katsoen kaikista nesteistä olisivat täysin pallomaisia. Jos mikään voima ei toimi normaalisti (kohtisuorassa) jännitettyyn pintaan nähden, pinnan on pysyttävä tasaisena. Mutta jos pinnan toisella puolella oleva paine eroaa toisella puolella olevasta paineesta, paine-ero kertaa pinta-ala tuottaa normaalin voiman. ionivoimien avulla tämän voiman poistamiseksi paineen vuoksi pinnan on oltava kaareva. Kun kaikki voimat ovat tasapainossa, pinnan kaarevuus on hyvä mitta pintajännityksestä, joka kuvataan Young-Laplace-yhtälöllä:

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

Tämä yhtälö kuvaa vesikuplien ja lätäkköjen muodon ja kaarevuuden, vesipitoisuuden ”jalanjäljet” vaikka neula on vettä tiheämpi, se kelluu, koska pintajännitys on nesteen pinnan supistumiskyky, jonka avulla se voi vastustaa ulkoista voimaa. ominaisuus johtuu samankaltaisten molekyylien yhteenkuuluvuudesta ja on vastuussa monista nesteiden käyttäytymisistä.

Nestemäisten molekyylien potentiaalinen energia

Kuvitellessasi nestepisarasta tai nesteen pinnan kaarevuudesta, on pidettävä mielessä, että pinnalla olevat molekyylit ovat eri potentiaalienergian tasolla kuin sisätiloissa.Toisin sanoen sisätilan ja pinnan välillä on energiaero: Molekyylin siirtäminen sisätilasta pintaan vaatii energiaa. Nesteet (esimerkiksi pisaran muodossa) on muotoiltu tavalla, joka minimoi pinnan energian. Jälleen, koska pinnan energia johtuu suurelta osin molekyylien välisistä vetovoimista pinnalla olevien ja sisällä olevien hiukkasten välillä, pintajännitys on osoitus näiden voimien laajuudesta. Eri nesteillä ja liuoksilla on erilaiset pintajännitykset.

Muutamien tavallisten nesteiden ja liuosten pintajännitykset ovat seuraavat, dyne / cm (huomioi veden erityisen suuri pintajännitys):

• vesi, H (OH): 72,7
• bentseeni, C6H6: 40,0
• glyseriini, C3H2 (OH) 3: 63,0
• sakkaroosiliuos (85% vedessä): 76,4

Pintajännitysyksiköt

Pintajännitys ilmaistaan voimayksikköinä pituuden yksikköinä tai energiayksikköinä pinta-alayksikköinä (esimerkiksi (N / m tai J / m2). Nämä kaksi ovat samanarvoisia, mutta viitatessaan energiaan pinta-alayksikköä kohden ihmiset käyttävät termiä ”pintaenergia”, joka on yleisempi termi siinä mielessä, että se koskee sekä kiinteitä aineita että nesteitä.