Introduksjon til kjemi (Norsk)

Vilkår

• spanningForce overført gjennom et tau, snor, kabel eller lignende gjenstand (brukes med preposisjoner på, i eller av for å formidle at samme styrkestyrke gjelder objekter festet til begge ender).
• energi En mengde som angir et systems evne til å utføre arbeid. Den har dimensjoner på masse × avstand² / tid², slik som 1 kg m 2 / sec2 = 1 Joule (J).
• krumning Graden av en bøyd form er buet.

Væsker er væsker

Væsker og faste stoffer har et felles attributt: en klar og merkbar fasegrense som gir prøven en enkel, men bestemt form. Væsker og faste stoffer deler også noe annet: de fleste av deres molekylære enheter har til en viss grad relativt nær kontakt. Imidlertid er væsker, som gasser, væsker, noe som betyr at deres molekylære enheter kan bevege seg mer eller mindre uavhengig av hverandre. Mens volumet av en gass helt avhenger av trykket, er volumet av en væske stort sett uavhengig av atmosfæretrykket. Derfor er gasser komprimerbare mens væsker nesten ikke er det.

Sammenhengende krefter resulterer i overflatespenning

Molekylene i en prøve av en væske som befinner seg helt i det indre volumet er omgitt av andre molekyler og samhandle med dem basert på de attraktive intermolekylære kreftene som er tilstede for molekyler av denne typen. Imidlertid har molekylene ved grensesnittet med et annet medium (vanligvis luft) ikke andre lignende molekyler på alle sidene (nemlig på toppen av dem), så de henger sterkere sammen med molekylene på overflaten og rett under dem. Resultatet er en overflatefilm som gjør det vanskeligere for en gjenstand å stikke gjennom overflaten enn for den å bevege seg når den er nedsenket i væskeprøven. Derfor resulterer de sammenhengende kreftene i overflatespenningfenomenet.

Young-Laplace-ligningen

Overflatespenning er ansvarlig for formen til en flytende dråpe. Selv om det er lett å deformere, har vanndråper en tendens til å bli trukket til en sfærisk form av overflatelagets sammenhengende krefter I fravær av andre krefter, inkludert tyngdekraften, vil dråper av praktisk talt alle væsker være perfekt sfæriske. Hvis ingen kraft virker normal (vinkelrett) på en spent overflate, må overflaten forbli flat. Men hvis trykket på den ene siden av overflaten forskjellig fra trykk på den andre siden, resulterer trykkforskjellen ganger overflatearealet i en normal kraft. For at overflaten skal bli tiere ionkrefter for å eliminere denne kraften på grunn av trykk, må overflaten være buet. Når alle kreftene er balansert, er overflatens krumning et godt mål på overflatespenningen, som er beskrevet av Young-Laplace-ligningen:

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

Denne ligningen beskriver formen og krumningen til vannbobler og sølepytter, «fotsporene» til vann- gående insekter, og fenomenet med en nål som flyter på vannoverflaten. Selv om nålen er tettere enn vann, flyter den fordi overflatespenning er en kontraktiv tendens til overflaten av en væske som gjør at den kan motstå en ytre kraft. Dette eiendom er forårsaket av kohesjon av lignende molekyler og er ansvarlig for mange av oppførselen til væsker.

Molekylers potensielle energi i en væske

Når du forestiller deg formen på en væskedråpe eller krumningen på overflaten til en væske, må man huske på at molekylene på overflaten har et annet nivå av potensiell energi enn det som er i det indre.Det vil si at det er en energiforskjell mellom det indre og overflaten: å flytte et molekyl fra det indre til overflaten krever energi. Væsker (for eksempel i form av en dråpe) er formet på en måte som minimerer energien på overflaten. Igjen, siden energien på overflaten i stor grad skyldes intermolekylære tiltrekningskrefter mellom partikler på overflaten og de i det indre, er overflatespenningen en indikator på omfanget av disse kreftene. Ulike væsker og løsninger har forskjellige overflatespenninger.

Overflatespenningene til noen få vanlige væsker og løsninger er som følger, i dyne / cm (merk den spesielt høye overflatespenningen til vann):

• vann, H (OH): 72,7
• benzen, C6H6: 40,0
• glyserin, C3H2 (OH) 3: 63,0
• sukroseoppløsning (85% i vann): 76.4

Enheter av overflatespenning

Overflatespenning uttrykkes i kraftenheter per lengdeenhet eller energi per enhetsenhet (for eksempel , N / m eller J / m2). De to er ekvivalente, men når det refereres til energi per arealenhet, bruker folk begrepet «overflatenergi», som er et mer generelt begrep i den forstand at det gjelder både faste stoffer og væsker.