Inleiding tot scheikunde

Termen

• spanning Kracht overgebracht door een touw, koord, kabel of vergelijkbaar object (gebruikt met voorzetsels op, in of van om aan te geven dat dezelfde kracht van toepassing is op objecten aan beide uiteinden bevestigd).
• energie Een grootheid die aangeeft dat een systeem werk kan doen. Het heeft afmetingen van massa × afstand² / tijd², zoals 1 kg m 2 / sec2 = 1 Joule (J).
• kromming De mate waarin een gebogen vorm gebogen is.

Vloeistoffen zijn vloeistoffen

Vloeistoffen en vaste stoffen delen een gemeenschappelijk kenmerk: een duidelijke en waarneembare fasegrens die het monster een eenvoudige maar duidelijke vorm geeft. Vloeistoffen en vaste stoffen delen nog iets anders: de meeste van hun moleculaire eenheden staan tot op zekere hoogte in relatief nauw contact. Vloeistoffen zijn echter, net als gassen, vloeistoffen, wat betekent dat hun moleculaire eenheden min of meer onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Waar het volume van een gas volledig afhankelijk is van de druk, is het volume van een vloeistof grotendeels onafhankelijk van de atmosferische druk. Daarom zijn gassen samendrukbaar, terwijl vloeistoffen bijna niet zijn.

Samenhangende krachten resulteren in oppervlaktespanning

De moleculen in een monster van een vloeistof die zich volledig in het inwendige volume bevinden, zijn omgeven door andere moleculen en interactie met hen op basis van de aantrekkelijke intermoleculaire krachten die aanwezig zijn voor moleculen van dit type. De moleculen op het grensvlak met een ander medium (meestal lucht) hebben echter geen andere soortgelijke moleculen aan al hun zijden (namelijk bovenop), dus hechten ze sterker aan de moleculen op het oppervlak en direct eronder. Het resultaat is een oppervlaktefilm die het moeilijker maakt voor een voorwerp om door het oppervlak te dringen dan om te bewegen wanneer het eenmaal is ondergedompeld in het vloeistofmonster. Daarom resulteren de cohesiekrachten in het fenomeen oppervlaktespanning.

De Young-Laplace-vergelijking

Oppervlaktespanning is verantwoordelijk voor de vorm van een vloeistofdruppel. Hoewel ze gemakkelijk vervormd kunnen worden, hebben waterdruppels de neiging om in een bolvorm te worden getrokken door de cohesiekrachten van de oppervlaktelaag . Bij afwezigheid van andere krachten, waaronder zwaartekracht, zouden druppels van vrijwel alle vloeistoffen perfect bolvormig zijn. Als er geen kracht normaal (loodrecht) op een gespannen oppervlak werkt, moet het oppervlak vlak blijven. Maar als de druk aan één kant van het oppervlak verschilt van druk aan de andere kant, het drukverschil maal het oppervlak resulteert in een normaalkracht. Om het oppervlak tientallen ionenkrachten om deze kracht als gevolg van druk op te heffen, moet het oppervlak gekromd zijn. Als alle krachten in evenwicht zijn, is de kromming van het oppervlak een goede maat voor de oppervlaktespanning, die wordt beschreven door de Young-Laplace-vergelijking:

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

Deze vergelijking beschrijft de vorm en kromming van waterbellen en plassen, de voetafdrukken van water- wandelende insecten, en het fenomeen van een naald die op het wateroppervlak drijft. Hoewel de naald dichter is dan water, blijft hij drijven omdat oppervlaktespanning een samentrekkende neiging is van het oppervlak van een vloeistof waardoor deze een externe kracht kan weerstaan. eigenschap wordt veroorzaakt door samenhang van vergelijkbare moleculen en is verantwoordelijk voor veel van het gedrag van vloeistoffen.

Potentiële energie van moleculen in een vloeistof

Bij het voorstellen van de vorm van een vloeistofdruppel of de kromming van het oppervlak van een vloeistof, moet men in gedachten houden dat de moleculen aan het oppervlak zich op een ander niveau van potentiële energie bevinden dan die van het inwendige.Dat wil zeggen, er is een energieverschil tussen het interieur en het oppervlak: om een molecuul van het interieur naar het oppervlak te verplaatsen, is energie nodig. Vloeistoffen (bijvoorbeeld in de vorm van een druppel) worden zo gevormd dat de energie aan het oppervlak tot een minimum wordt beperkt. Nogmaals, aangezien de energie aan het oppervlak grotendeels te wijten is aan de intermoleculaire aantrekkingskracht tussen deeltjes op het oppervlak en die in het inwendige, is de oppervlaktespanning een indicator van de omvang van die krachten. Verschillende vloeistoffen en oplossingen hebben verschillende oppervlaktespanningen.

De oppervlaktespanningen van enkele veel voorkomende vloeistoffen en oplossingen zijn als volgt, in dyne / cm (let op de bijzonder hoge oppervlaktespanning van water):

• water, H (OH): 72,7
• benzeen, C6H6: 40,0
• glycerine, C3H2 (OH) 3: 63,0
• sucrose-oplossing (85% in water): 76.4

Eenheden van oppervlaktespanning

Oppervlaktespanning wordt uitgedrukt in eenheden van kracht per lengte-eenheid of van energie per oppervlakte-eenheid (bijvoorbeeld , N / m of J / m2). De twee zijn equivalent, maar wanneer ze verwijzen naar energie per oppervlakte-eenheid, gebruiken mensen de term oppervlakte-energie, wat een algemenere term is in die zin dat het zowel van toepassing is op vaste stoffen als op vloeistoffen.