Introduction à la chimie (Français)

Termes

• tensionForce transmise par une corde, une ficelle, un câble ou un objet similaire (utilisé avec des prépositions sur, dans ou sur pour indiquer que la même amplitude de force sapplique aux objets attaché aux deux extrémités).
• énergieQuantité indiquant la capacité dun système à travailler. Elle a des dimensions masse × distance² / temps², par exemple 1 kg m 2 / sec2 = 1 Joule (J).
• courbure Degré de courbure dune forme courbée.

Les liquides sont des fluides

Les liquides et les solides partagent un attribut commun: une frontière de phase claire et discernable qui donne à léchantillon une forme simple mais définie. Les liquides et les solides partagent également autre chose: la plupart de leurs unités moléculaires sont dans une certaine mesure en contact relativement étroit. Cependant, les liquides, comme les gaz, sont des fluides, ce qui signifie que leurs unités moléculaires peuvent se déplacer plus ou moins indépendamment les unes des autres. Alors que le volume dun gaz dépend entièrement de la pression, le volume dun liquide est largement indépendant de la pression atmosphérique. Par conséquent, les gaz sont compressibles alors que les liquides ne le sont presque pas.

Les forces cohésives entraînent une tension de surface

Les molécules dun échantillon de liquide qui se trouvent entièrement dans le volume intérieur sont entourées par dautres molécules et interagir avec elles en fonction des forces intermoléculaires attractives qui sont présentes pour les molécules de ce type. Cependant, les molécules à linterface avec un autre milieu (généralement de lair) nont pas dautres molécules similaires sur tous leurs côtés (à savoir, au-dessus delles), elles adhèrent donc plus fortement aux molécules à la surface et immédiatement en dessous delles. Le résultat est un film de surface qui rend plus difficile pour un objet de percer la surface que de se déplacer une fois immergé dans léchantillon de liquide. Par conséquent, les forces cohésives entraînent le phénomène de tension superficielle.

Léquation de Young-Laplace

La tension superficielle est responsable de la forme dune gouttelette de liquide. Bien que facilement déformées, les gouttelettes deau ont tendance à prendre une forme sphérique par les forces de cohésion de la couche de surface . En l’absence d’autres forces, y compris la gravité, les gouttes de pratiquement tous les liquides seraient parfaitement sphériques. Si aucune force n’agit normalement (perpendiculairement) à une surface tendue, la surface doit rester plate. Mais si la pression d’un côté de la surface diffère de la pression de lautre côté, la différence de pression multipliée par la surface entraîne une force normale. forces ioniques pour annuler cette force due à la pression, la surface doit être courbée. Lorsque toutes les forces sont équilibrées, la courbure de la surface est une bonne mesure de la tension superficielle, qui est décrite par léquation de Young-Laplace:

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

Cette équation décrit la forme et la courbure des bulles deau et des flaques deau, les « empreintes » de leau- les insectes ambulants et le phénomène dune aiguille flottant à la surface de leau. Même si laiguille est plus dense que leau, elle flotte car la tension superficielle est une tendance contractive de la surface dun liquide qui lui permet de résister à une force externe. La propriété est causée par la cohésion de molécules similaires et est responsable de nombreux comportements des liquides.

Énergie potentielle des molécules dans un liquide

En imaginant la forme dun gouttelette de liquide ou la courbure de la surface dun liquide, il faut garder à lesprit que les molécules en surface sont à un niveau dénergie potentielle différent de celles de lintérieur.Cest-à-dire quil y a une différence dénergie entre lintérieur et la surface: déplacer une molécule de lintérieur vers la surface nécessite de lénergie. Les liquides (par exemple, sous la forme dune gouttelette) sont façonnés de manière à minimiser lénergie à la surface. De nouveau, puisque lénergie à la surface est due en grande partie aux forces dattraction intermoléculaires entre les particules à la surface et celles à lintérieur, la tension superficielle est un indicateur de létendue de ces forces. Différents liquides et solutions ont des tensions superficielles différentes.

Les tensions superficielles de quelques liquides et solutions courants sont les suivantes, en dyne / cm (notez la tension superficielle particulièrement élevée de leau):

• eau, H (OH): 72,7
• benzène, C6H6: 40,0
• glycérine, C3H2 (OH) 3: 63,0
• solution de saccharose (85% dans leau): 76,4

Unités de tension superficielle

La tension superficielle est exprimée en unités de force par unité de longueur ou dénergie par unité de surface (par exemple , N / m ou J / m2). Les deux sont équivalents, mais lorsquils se réfèrent à lénergie par unité de surface, les gens utilisent le terme «énergie de surface», qui est un terme plus général dans le sens où il sapplique aussi bien aux solides quaux liquides.