Introduzione alla chimica (Italiano)

Termini

• tensione Forza trasmessa attraverso una corda, una corda, un cavo o un oggetto simile (usato con preposizioni su, dentro o su per indicare che la stessa entità di forza si applica agli oggetti attaccata ad entrambe le estremità).
• energia Una quantità che denota la capacità di un sistema di funzionare. Ha dimensioni di massa × distanza² / tempo², come 1 kg m 2 / sec2 = 1 Joule (J).
• curvatura Il grado di curvatura di una forma piegata.

I liquidi sono fluidi

Liquidi e i solidi condividono un attributo comune: un confine di fase chiaro e distinguibile che conferisce al campione una forma semplice ma definita. Liquidi e solidi condividono anche qualcosaltro: la maggior parte delle loro unità molecolari sono in una certa misura a stretto contatto. Tuttavia, i liquidi, come i gas, sono fluidi, il che significa che le loro unità molecolari possono muoversi più o meno indipendentemente luna dallaltra. Mentre il volume di un gas dipende interamente dalla pressione, il volume di un liquido è in gran parte indipendente dalla pressione atmosferica. Pertanto, i gas sono comprimibili mentre i liquidi quasi non lo sono.

Le forze coesive determinano una tensione superficiale

Le molecole in un campione di un liquido che si trovano completamente nel volume interno sono circondate da altre molecole e interagiscono con esse in base alle forze intermolecolari attrattive presenti per molecole di questo tipo. Tuttavia, le molecole allinterfaccia con un altro mezzo (solitamente aria) non hanno altre molecole simili su tutti i loro lati (cioè sopra di esse), quindi aderiscono più fortemente alle molecole sulla superficie e immediatamente sotto di esse. Il risultato è una pellicola superficiale che rende più difficile per un oggetto perforare la superficie piuttosto che spostarsi una volta immerso nel campione di liquido. Pertanto, le forze coesive determinano il fenomeno della tensione superficiale.

Lequazione di Young-Laplace

La tensione superficiale è responsabile della forma di una gocciolina liquida. Sebbene facilmente deformabili, le goccioline dacqua tendono ad essere tirate in una forma sferica dalle forze coesive dello strato superficiale . In assenza di altre forze, inclusa la gravità, le gocce di praticamente tutti i liquidi sarebbero perfettamente sferiche. Se nessuna forza agisce normalmente (perpendicolare) a una superficie in tensione, la superficie deve rimanere piatta. Ma se la pressione su un lato della superficie differisce dalla pressione sullaltro lato, la differenza di pressione moltiplicata per larea della superficie si traduce in una forza normale. forze ioniche per annullare questa forza a causa della pressione, la superficie deve essere curva. Quando tutte le forze sono bilanciate, la curvatura della superficie è una buona misura della tensione superficiale, che è descritta dallequazione di Young-Laplace:

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

Questa equazione descrive la forma e la curvatura delle bolle dacqua e delle pozzanghere, le “impronte” dellacqua- insetti che camminano e il fenomeno di un ago che galleggia sulla superficie dellacqua. Anche se lago è più denso dellacqua, galleggia perché la tensione superficiale è una tendenza contrattiva della superficie di un liquido che gli consente di resistere a una forza esterna. è causata dalla coesione di molecole simili ed è responsabile di molti dei comportamenti dei liquidi.

Energia potenziale delle molecole in un liquido

Nellimmaginare la forma di un goccia di liquido o la curvatura della superficie di un liquido, si deve tenere presente che le molecole in superficie sono a un livello di energia potenziale diverso da quelle dellinterno.Vale a dire, cè una differenza di energia tra linterno e la superficie: spostare una molecola dallinterno alla superficie richiede energia. I liquidi (ad esempio, sotto forma di una goccia) sono modellati in modo da ridurre al minimo lenergia in superficie. Ancora una volta, poiché lenergia alla superficie è dovuta in gran parte alle forze attrattive intermolecolari tra le particelle sulla superficie e quelle allinterno, la tensione superficiale è un indicatore dellentità di tali forze. Liquidi e soluzioni differenti hanno tensioni superficiali differenti.

Le tensioni superficiali di pochi liquidi e soluzioni comuni sono le seguenti, in dyne / cm (si noti la tensione superficiale particolarmente elevata dellacqua):

• acqua, H (OH): 72,7
• benzene, C6H6: 40,0
• glicerina, C3H2 (OH) 3: 63,0
• soluzione di saccarosio (85% in acqua): 76,4

Unità di tensione superficiale

La tensione superficiale è espressa in unità di forza per unità di lunghezza o di energia per unità di area (ad esempio , N / m o J / m2). I due sono equivalenti, ma quando si fa riferimento allenergia per unità di superficie, le persone usano il termine “energia di superficie”, che è un termine più generale nel senso che si applica sia ai solidi che ai liquidi.