Begriffe

• Kapillare
• KohäsionVerschiedene intermolekulare Kräfte, die Feststoffe und Flüssigkeiten zusammenhalten.
• AdhäsionDie Fähigkeit einer Substanz, an einer anderen Substanz zu haften.
• MeniskusDie gekrümmte Oberfläche von Flüssigkeiten in Röhrchen, ob konkav oder konvex, verursacht durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit.

Kohäsion und Adhäsion

Die Moleküle in jeder Probe Die Materie erfährt intermolekulare Kräfte, die anziehende oder abstoßende Kräfte zwischen Atomen oder Molekülen innerhalb der Probe sind. Solche Kräfte sind für viele beobachtbare Verhaltensweisen von Substanzen verantwortlich, beispielsweise für die Phase, in der sie sich unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen befinden. Wenn Anziehungskräfte zwischen ähnlichen Molekülen auftreten, werden sie als Kohäsionskräfte bezeichnet oder führen zu Kohäsion, da sie die Probenmoleküle eng zusammenhalten. Diese Kohäsionskräfte sind an der Oberfläche einer Flüssigkeit besonders stark, was zum Phänomen der Oberflächenspannung führt. Zum Beispiel sind die Wasserstoffbrücken zwischen Wassermolekülen für die in Wassertröpfchen beobachtete Kohäsion verantwortlich. Andererseits treten intermolekulare Kräfte zwischen verschiedenen Arten von Molekülen auf (insbesondere wenn sie Teil verschiedener Phasen von sind Materie) werden sie als Haftkräfte bezeichnet oder führen zu einer Haftung. Die Moleküle in einer Wasserprobe in Kontakt mit einer Glasoberfläche erfahren anziehende Kräfte gegenüber den Glasmolekülen. Wasser neigt aufgrund dieser Wechselwirkungen dazu, an solchen Oberflächen zu haften.

Kapillarwirkung

Kapillarwirkung ist die Fähigkeit einer Flüssigkeit, in engen Räumen ohne die Hilfe von und in zu fließen Opposition gegen äußere Kräfte wie die Schwerkraft. Dieser Effekt kann beim Aufziehen von Flüssigkeiten zwischen den Haaren eines Pinsels, in einem dünnen Rohr, in porösen Materialien wie Papier, in einigen nicht porösen Materialien (wie verflüssigte Kohlenstofffasern) oder in einer Zelle beobachtet werden. Es tritt auf, wenn die intermolekularen Anziehungskräfte zwischen der Flüssigkeit und den festen umgebenden Oberflächen (Adhäsionskräfte) stärker sind als die Kohäsionskräfte innerhalb der Flüssigkeit. Wenn der Durchmesser des Rohrs ausreichend klein ist, wirken die Kombination aus Oberflächenspannung (die durch Kohäsion innerhalb der Flüssigkeit verursacht wird) und Adhäsionskräften zwischen Flüssigkeit und Behälter zusammen, um die Flüssigkeit anzuheben. Die Höhe (h) einer Flüssigkeitssäule ist gegeben durch:

h = \ frac {2T} {\ rho rg}

wobei T die Oberflächenspannung ist, \ rho die Flüssigkeitsdichte, g ist die Erdbeschleunigung und r ist der Radius des Rohres. Beachten Sie, dass die Höhe, auf die die Flüssigkeit angehoben wird, umgekehrt proportional zum Radius des Rohrs ist, was erklärt, warum das Phänomen bei kleineren Rohren stärker ausgeprägt ist.

Ein übliches Gerät zur Demonstration der Kapillarwirkung ist die Kapillare Tube. Wenn das untere Ende eines vertikalen Glasrohrs in eine Flüssigkeit gelegt wird, bildet sich ein konkaver Meniskus. Adhäsionskräfte zwischen der Flüssigkeit und der festen Innenwand ziehen die Flüssigkeitssäule nach oben, bis eine ausreichende Flüssigkeitsmasse vorhanden ist, damit die Gravitationskräfte diesen Kräften entgegenwirken können.

Der Meniskus ist die Kurve, die durch die Oberflächenspannung in der oberen Oberfläche einer Flüssigkeit verursacht wird. Es kann entweder konvex oder konkav sein. Ein konvexer Meniskus tritt auf, wenn die Moleküle eine stärkere Anziehungskraft aufeinander haben (Kohäsion) als auf das Material des Behälters (Adhäsion), wodurch die Oberfläche der Flüssigkeit nach unten fällt. Dies kann zwischen Quecksilber und Glas in Barometern und Thermometern beobachtet werden. Umgekehrt tritt ein konkaver Meniskus auf, wenn die Moleküle der Flüssigkeit von denen des Behälters angezogen werden, wodurch die Oberfläche der Flüssigkeit nach oben nachgibt. Dies kann in einem Glas Wasser gesehen werden.

Die Kapillarwirkung wirkt auf konkave Menisken, um die Flüssigkeit nach oben zu ziehen, wodurch die günstige Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit und Behälter vergrößert wird, und auf konvexe Menisken, um die Flüssigkeit nach unten zu ziehen Wenn die Flüssigkeitsmoleküle stark von den festen Molekülen angezogen werden, verteilt sich der Flüssigkeitstropfen vollständig auf der festen Oberfläche, wenn die Flüssigkeitsmoleküle stark von den festen Molekülen angezogen werden. Dies ist häufig bei Wasser auf blanken metallischen oder keramischen Oberflächen der Fall.

Das Phänomen der Kapillarwirkung ist wichtig für den Transport von Wasser und Nährstoffen in Pflanzen durch den Transpirationsprozess.