Introduktion till kemi (Svenska)

Termer

• spanningForce överförs genom ett rep, snöre, kabel eller liknande föremål (används med prepositioner på, i eller för att förmedla att samma kraftstyrka gäller för föremål fäst i båda ändar).
• energi En kvantitet som anger ett systems förmåga att utföra arbete. Den har dimensioner av massa × avstånd² / tid², såsom 1 kg m 2 / sek2 = 1 Joule (J).
• krökning Graden av böjd form krökt.

Vätskor är vätskor

Vätskor och fasta ämnen har ett gemensamt attribut: en tydlig och urskiljbar fasgräns som ger provet en enkel men bestämd form. Vätskor och fasta ämnen delar också något annat: de flesta av deras molekylära enheter är i viss utsträckning i relativt nära kontakt. Vätskor, liksom gaser, är emellertid vätskor, vilket innebär att deras molekylära enheter kan röra sig mer eller mindre oberoende av varandra. Medan gasens volym helt beror på trycket är volymen av en vätska till stor del oberoende av atmosfärstrycket. Därför är gaser komprimerbara medan vätskor nästan inte är det.

Sammanhållna krafter resulterar i ytspänning

Molekylerna i ett vätskeprov som befinner sig helt i den inre volymen är omgivna av andra molekyler och interagerar med dem baserat på de attraktiva intermolekylära krafterna som finns för molekyler av denna typ. Molekylerna vid gränssnittet med ett annat medium (vanligtvis luft) har emellertid inte andra liknande molekyler på alla sina sidor (nämligen ovanpå dem), så de hänger starkare samman med molekylerna på ytan och omedelbart under dem. Resultatet är en ytfilm som gör det svårare för ett objekt att tränga igenom ytan än för det att röra sig när det är nedsänkt i vätskeprovet. Därför resulterar de sammanhängande krafterna i fenomenet ytspänning.

Young-Laplace-ekvationen

Ytspänningen är ansvarig för formen av en flytande droppe. Även om det är lätt att deformera, tenderar vattendroppar att dras till en sfärisk form av ytskiktets sammanhängande krafter I frånvaro av andra krafter, inklusive gravitation, skulle droppar av nästan alla vätskor vara perfekt sfäriska. Om ingen kraft verkar normalt (vinkelrätt) mot en spänd yta, måste ytan förbli platt. Men om trycket på ena sidan av ytan skiljer sig från trycket på andra sidan, resulterar tryckskillnaden gånger ytan i en normal kraft för att eliminera denna kraft på grund av tryck måste ytan vara krökt. När alla krafter är balanserade är ytans krökning ett bra mått på ytspänningen, vilket beskrivs av Young-Laplace-ekvationen:

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

Denna ekvation beskriver form och krökning av vattenbubblor och pölar, ”fotspår” av vatten- gånginsekter, och fenomenet att en nål flyter på vattenytan. Trots att nålen är tätare än vatten, flyter den eftersom ytspänningen är en sammandragande tendens hos ytan på en vätska som gör att den kan motstå en yttre kraft. Detta egendom orsakas av sammanhållning av liknande molekyler och är ansvarig för många av vätskornas beteende.

Molekylers potentiella energi i en vätska

När du föreställer dig formen på en vätskedroppe eller krökning av en vätskes yta, måste man komma ihåg att molekylerna vid ytan har en annan potentiell energinivå än de inre.Det vill säga, det finns en energiskillnad mellan det inre och ytan: att flytta en molekyl från det inre till ytan kräver energi. Vätskor (till exempel i form av en droppe) är formade på ett sätt som minimerar energin vid ytan. Återigen, eftersom energin vid ytan till stor del beror på de intermolekylära attraktiva krafterna mellan partiklar på ytan och de i det inre, är ytspänningen en indikator på omfattningen av dessa krafter. Olika vätskor och lösningar har olika ytspänningar.

Ytspänningarna hos några vanliga vätskor och lösningar är som följer, i dyne / cm (notera den speciellt höga ytspänningen hos vatten):

• vatten, H (OH): 72,7
• bensen, C6H6: 40,0
• glycerol, C3H2 (OH) 3: 63,0
• sackaroslösning (85% i vatten): 76.4

Enhetens ytspänning

Ytspänning uttrycks i kraftenheter per längdenhet eller energi per ytenhet (till exempel , N / m eller J / m2). De två är ekvivalenta, men när man hänvisar till energi per ytenhet använder människor termen ”ytenergi”, vilket är en mer allmän term i den meningen att den gäller såväl fasta som vätskor.