Terminy

• kapilara do wąskiej rurki.
• kohezja Różne siły międzycząsteczkowe, które utrzymują razem ciała stałe i ciecze.
• adhezja Zdolność substancji do przylegania do innej substancji.
• menisk Zakrzywiony powierzchnia cieczy w rurkach, wklęsła lub wypukła, spowodowana napięciem powierzchniowym cieczy.

Kohezja i adhezja

Cząsteczki w dowolnej próbce Materia doświadcza sił międzycząsteczkowych, które są siłami przyciągania lub odpychania między atomami lub cząsteczkami w próbce. Siły te są odpowiedzialne za wiele obserwowalnych zachowań substancji, takich jak faza, w jakiej się znajdują w określonych warunkach temperatury i ciśnienia. Kiedy siły przyciągania występują między podobnymi cząsteczkami, określa się je jako siły kohezji lub skutkujące kohezją, ponieważ utrzymują cząsteczki próbki blisko siebie. Te siły kohezji są szczególnie silne na powierzchni cieczy, powodując zjawisko napięcia powierzchniowego. Na przykład wiązania wodorowe między cząsteczkami wody są odpowiedzialne za kohezję obserwowaną w kropelkach wody.

Z drugiej strony, gdy siły międzycząsteczkowe występują między różnymi typami cząsteczek (zwłaszcza gdy są one częścią różnych faz materii), nazywane są siłami adhezji lub skutkującymi adhezją. Cząsteczki w próbce wody stykającej się ze szklaną powierzchnią działają na cząsteczki szkła sił przyciągających. Woda ma tendencję do przywierania do takich powierzchni z powodu tych interakcji.

Akcja kapilarna

Akcja kapilarna to zdolność cieczy do przepływu w wąskich przestrzeniach bez pomocy i przy sprzeciw wobec sił zewnętrznych, takich jak grawitacja. Efekt ten można zaobserwować podczas zasysania cieczy między włoskami pędzla, w cienkiej rurce, w materiałach porowatych, takich jak papier, w niektórych materiałach nieporowatych (takich jak upłynnione włókno węglowe) lub w komórce. Występuje, gdy międzycząsteczkowe siły przyciągania między cieczą a stałymi otaczającymi powierzchniami (siły adhezyjne) są silniejsze niż siły kohezji w cieczy. Jeśli średnica rurki jest wystarczająco mała, wtedy połączenie napięcia powierzchniowego (które jest spowodowane kohezją w cieczy) i sił adhezyjnych między cieczą a pojemnikiem działają razem, aby unieść ciecz. Wysokość (h) kolumny cieczy jest określona wzorem:

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

gdzie T to napięcie powierzchniowe, \ rho to gęstość cieczy, g jest przyspieszeniem grawitacyjnym, a r jest promieniem rury. Zauważ, że wysokość, na jaką ciecz jest podnoszona, jest odwrotnie proporcjonalna do promienia rury, co wyjaśnia, dlaczego zjawisko to jest bardziej wyraźne w przypadku mniejszych rur.

Powszechnym aparatem używanym do zademonstrowania działania kapilarnego jest kapilara rura. Kiedy dolny koniec pionowej szklanej rurki jest umieszczony w cieczy, tworzy się wklęsły menisk. Siły adhezji między płynem a stałą ścianą wewnętrzną ciągną kolumnę cieczy do góry, aż do uzyskania wystarczającej masy cieczy, aby siły grawitacji przeciwdziałały tym siłom.

Menisk to krzywa spowodowana napięciem powierzchniowym górnej powierzchni cieczy. Może być wypukły lub wklęsły. Menisk wypukły występuje, gdy cząsteczki silniej przyciągają się do siebie (kohezja) niż do materiału pojemnika (adhezja), powodując zapadnięcie się powierzchni cieczy w dół. Można to zobaczyć między rtęcią a szkłem w barometrach i termometrach. I odwrotnie, wklęsły menisk występuje, gdy cząsteczki cieczy są przyciągane do cząsteczek pojemnika, powodując zagłębienie się powierzchni cieczy w górę. Można to zobaczyć w szklance wody.

Działanie kapilarne działa na wklęsłe łąkotki, aby wyciągnąć płyn do góry, zwiększając korzystny obszar kontaktu między cieczą a pojemnikiem oraz na wypukłe łąkotki, aby pociągnąć płyn w dół , zmniejszając powierzchnię kontaktu.

Rozważając zachowanie cieczy na powierzchniach, jeśli cząsteczki cieczy są silnie przyciągane do cząsteczek ciała stałego, kropla cieczy całkowicie rozpłynie się na powierzchni ciała stałego. Dzieje się tak często w przypadku wody na gołych metalowych lub ceramicznych powierzchniach.

Zjawisko działania kapilarnego jest ważne w transporcie wody i składników odżywczych w roślinach w procesie transpiracji.