De kapillaritet Det er en egenskap av væsker som lar dem bevege seg gjennom rørformede hull eller porøse overflater selv mot tyngdekraften. For dette må det være en balanse og koordinering av to krefter knyttet til væskens molekyler: kohesjon og vedheft; disse to har en fysisk refleksjon som kalles overflatespenning.
Væsken trenger å være i stand til å våte de indre veggene i røret eller porene i materialet den beveger seg gjennom. Dette skjer når vedheftningskraften (væskekapillær rørvegg) er større enn den intermolekylære kohesjonskraften. Følgelig skaper væskemolekylene sterkere interaksjoner med materialets atomer (glass, papir, etc.) enn med hverandre..
Det klassiske eksemplet på kapillaritet illustreres ved å sammenligne denne egenskapen for to veldig forskjellige væsker: vann og kvikksølv..
På bildet ovenfor kan det sees at vannet stiger opp på veggene på røret, noe som betyr at det har større vedheftskrefter; mens med kvikksølv oppstår det motsatte, fordi dets kohesjonskrefter, av metallbinding, hindrer det i å fukte glasset.
Av denne grunn danner vann en konkav menisk og kvikksølv en konveks (kuppelformet) menisk. Det skal også bemerkes at jo mindre radius på røret eller seksjonen væsken beveger seg gjennom, jo større er høyden eller avstanden som er tilbakelagt (sammenlign høyden på vannsøylene for begge rørene).
Artikkelindeks
Væskeoverflaten, for å si vann, i en kapillær er konkav; menisken er konkav. Denne situasjonen oppstår fordi den resulterende kreftene som utøves på vannmolekylene nær rørveggen er rettet mot dette.
I hver menisk er det en kontaktvinkel (θ), som er vinkelen dannet av veggen til kapillarrøret med en linje som tangerer overflaten av væsken ved kontaktpunktet.
Hvis væskens adhesjonskraft til kapillærveggen råder over den intermolekylære kohesjonskraften, er vinkelen θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.
Når en dråpe vann plasseres på overflaten av et rent glass, sprer vannet seg over glasset, så θ = 0 og cos θ = 1.
Hvis den intermolekylære kohesjonskraften råder over væskekapillærveggens vedheftningskraft, for eksempel i kvikksølv, vil menisken være konveks og vinkelen θ vil ha en verdi> 90º; kvikksølv ikke fukter kapillærveggen og løper derfor nedover den indre veggen.
Når en dråpe kvikksølv plasseres på overflaten av et rent glass, opprettholder dråpen sin form og vinkelen θ = 140º.
Vannet stiger gjennom kapillarrøret til det når en høyde (h), hvor vekten av vannsøylen kompenserer den vertikale komponenten av den intermolekylære kohesjonskraften.
Når mer vann stiger, vil det komme et punkt der tyngdekraften vil stoppe oppstigningen, selv med overflatespenning som virker til din fordel..
Når dette skjer, kan ikke molekylene fortsette å "klatre" innerveggene, og alle fysiske krefter utjevner seg. På den ene siden er det kreftene som fremmer vannet, og på den andre dens egen vekt som presser det ned.
Dette kan skrives matematisk som følger:
2 π rϒcosθ = ρgπrtoh
Hvor venstre side av ligningen avhenger av overflatespenningen, hvis størrelse også er relatert til kohesjonen eller intermolekylære krefter; Cosθ representerer kontaktvinkelen, og r radiusen til hullet som væsken stiger gjennom.
Og på høyre side av ligningen har vi høyden h, tyngdekraften g og væskens tetthet; hva ville være vannet.
Løsning da for h vi har
h = (2ϒcosθ / ρgr)
Denne formuleringen er kjent som Jurins lov, som definerer høyden nådd av væskesøylen, i kapillarrøret, når vekten av væskesøylen balanseres med oppstigningskraften ved kapillærvirkning..
Vann er et dipolmolekyl på grunn av oksygenatomets elektronegativitet og dets molekylære geometri. Dette fører til at den delen av vannmolekylet der oksygenet befinner seg blir negativt ladet, mens den delen av vannmolekylet som inneholder de 2 hydrogenatomene, er positivt ladet..
Molekylene i væsken samhandler takket være dette gjennom flere hydrogenbindinger, og holder dem sammen. Vannmolekylene som er i vannet: luftgrensesnitt (overflate), utsettes imidlertid for en netto tiltrekning av molekylene i væskens sinus, ikke kompensert av den svake tiltrekningen med luftmolekylene.
Derfor blir vannmolekylene ved grensesnittet utsatt for en attraktiv kraft som har en tendens til å fjerne vannmolekyler fra grensesnittet; det vil si at hydrogenbindinger dannet med molekylene i bunnen drar de som er på overflaten. Dermed søker overflatespenning å redusere overflaten av vannet: luftgrensesnitt..
Hvis vi ser på Jurins lovligning, vil vi finne at h er direkte proporsjonal med ϒ; derfor, jo høyere overflatespenning av væsken er, jo større er høyden som kan stige gjennom en kapillær eller pore av et materiale.
På denne måten kan det forventes at for to væsker, A og B, med forskjellige overflatespenninger, vil den med større overflatespenning stige til en høyere høyde..
Det kan konkluderes med hensyn til dette punktet at høy overflatespenning er den viktigste egenskapen som definerer kapillæregenskapene til en væske..
Observasjonen av Jurins lov indikerer at høyden som en væske når i en kapillær eller pore er omvendt proporsjonal med radiusen til den samme.
Derfor, jo mindre radius, jo større er høyden som væskesøylen når ved kapillæritet. Dette kan sees direkte på bildet der vann sammenlignes med kvikksølv.
I et glassrør med en radius på 0,05 mm radius vil vannkolonnen per kapillaritet nå en høyde på 30 cm. I kapillarrør med en radius på 1 µm med et sugetrykk på 1,5 x 103 hPa (som er lik 1,5 atm) tilsvarer en beregning av høyden på vannsøylen på 14 til 15 m.
Dette ligner veldig på hva som skjer med sugerørene som tennes på seg selv flere ganger. Ved å nippe til væsken opprettes en trykkforskjell som får væsken til å stige til munnen.
Den maksimale høyden på kolonnen som er nådd med kapillæritet er teoretisk, siden kapillærens radius ikke kan reduseres utover en viss grense..
Dette fastslår at strømmen av en ekte væske er gitt av følgende uttrykk:
Q = (πr4/ 8ηl) AP
Hvor Q er væskestrømmen, η er viskositeten, l er lengden på røret, og ΔP er trykkdifferansen.
Når radiusen til en kapillær avtar, bør høyden på væskesøylen som oppnås ved kapillærvirkning øke på ubestemt tid. Poiseuille påpeker imidlertid at når radiusen avtar, reduseres også væskestrømmen gjennom denne kapillæren..
Viskositet, som er et mål for motstand mot strømmen av en virkelig væske, vil dessuten redusere væskestrømmen ytterligere..
Jo større verdien av cosθ, jo større er høyden på vannsøylen ved kapillaritet, som indikert av Jurins lov.
Hvis θ er liten og nærmer seg null (0), er cosθ = 1, så verdien h vil være maksimum. Tvert imot, hvis θ er lik 90º, er cosθ = 0 og verdien av h = 0.
Når verdien av θ er større enn 90 º, som er tilfelle for den konvekse menisken, stiger ikke væsken med kapillæritet, og dens tendens er å synke ned (som skjer med kvikksølv).
Vann har en overflatespenningsverdi på 72,75 N / m, relativt høy sammenlignet med verdiene for overflatespenning av følgende væsker:
-Aceton: 22,75 N / m
-Etylalkohol: 22,75 N / m
-Heksan: 18,43 N / m
-Metanol: 22,61 N / m.
Derfor har vann en eksepsjonell overflatespenning, som favoriserer utviklingen av kapillaritetsfenomenet som er så nødvendig for absorpsjon av vann og næringsstoffer av planter..
Kapillaritet er en viktig mekanisme for oppstigningen av saften gjennom plantens xylem, men det er i seg selv ikke tilstrekkelig til å få saften til trærnes blader..
Sværing eller fordampning er en viktig mekanisme i oppstigningen av saft gjennom plantens xylem. Bladene mister vann gjennom fordampning, noe som genererer en reduksjon i mengden vannmolekyler, noe som forårsaker en tiltrekning av vannmolekylene som er tilstede i kapillærene (xylem).
Vannmolekyler virker ikke uavhengig av hverandre, men samhandler av Van der Waals-krefter, noe som får dem til å stige bundet sammen gjennom plantens kapillærer mot bladene.
I tillegg til disse mekanismene, bør det bemerkes at planter absorberer vann fra jorda ved osmose, og at et positivt trykk som genereres i roten, driver starten på økningen av vann gjennom plantens kapillarrør..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.