PINTAJÄNNITYS: SYYT, ESIMERKIT, SOVELLUKSET JA KOKEET - KEMIA

Pintajännitys on fysikaalinen ominaisuus, joilla on kaikki nesteet ja jolle on tunnusomaista resistenssi niiden pinnat vastustaa sen lisääntynyt alueella. Tämä on sama kuin sanoa, että mainittu pinta pyrkii pienimmälle mahdolliselle alueelle. Tämä ilmiö kietoa useita kemiallisia käsitteitä, kuten koheesio-, tarttumis- ja molekyylien väliset voimat.

Pintajännitys on vastuussa nesteiden pintakaarevuuksien muodostumisesta putkimaisissa astioissa (asteikot, sylinterit, pylväät, koeputket jne.). Ne voivat olla kovera (kaareva laakson muodossa) tai kupera (kaareva kupolin muotoon). Monia fysikaalisia ilmiöitä voidaan selittää ottamalla huomioon nesteen pintajännityksen muutokset.

Pallomaiset muodot, jotka vesipisarat ottavat lehtiin, johtuvat osittain niiden pintajännityksestä. Lähde: flickr-käyttäjän tanakawho ottama kuva

Yksi näistä ilmiöistä on nestemäisten molekyylien taipumus agglomeroitua tippojen muodossa, kun ne lepäävät niitä hylkivälle pinnalle. Esimerkiksi vesipisarat, jotka näemme lehtien päällä, eivät voi kastella sitä vahamaisen, hydrofobisen pintansa takia.

Tulee kuitenkin aika, jolloin painovoima pelaa omaa rooliaan ja tippa vuotaa ulos kuin vesipylväs. Samanlainen ilmiö esiintyy pallomaisissa elohopeapisaroissa, kun niitä valuu lämpömittarista.

Toisaalta veden pintajännitys on tärkein kaikista, koska se edistää ja organisoi mikroskooppisten kappaleiden tilaa vesipitoisissa väliaineissa, kuten soluissa ja niiden lipidikalvoissa. Lisäksi tämä jännitys on vastuussa siitä, että vesi haihtuu hitaasti ja jotkut elimet ovat tiheämpiä kuin se voi kellua pinnallaan.

Pintajännityksen syyt

Selitys pintajännityksen ilmiölle on molekyylitasolla. Nesteen molekyylit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa siten, että ne ovat yhtenäisiä epäsäännöllisissä liikkeissään. Molekyyli on vuorovaikutuksessa sen vieressä olevien naapureidensa ja sen ylä- tai alapuolella olevien naapureiden kanssa.

Tätä ei kuitenkaan tapahdu samalla tavalla nesteen pinnalla olevien molekyylien kanssa, jotka ovat kosketuksissa ilman (tai minkä tahansa muun kaasun) tai kiinteän aineen kanssa. Pinnalla olevat molekyylit eivät voi koheesioida ulkoisen ympäristön kanssa.

Seurauksena on, että heillä ei ole mitään voimia, jotka vetävät heitä ylöspäin; vain alaspäin naapureistaan nestemäisessä väliaineessa. Tämän epätasapainon torjumiseksi pinnalla olevat molekyylit "puristetaan", koska vasta sitten ne voivat voittaa voiman, joka työntää ne alas.

Sitten luodaan pinta, jossa molekyylit ovat kiristyneemmässä järjestyksessä. Jos hiukkanen haluaa tunkeutua nesteeseen, sen on ensin ylitettävä tämä molekyylieste suhteessa mainitun nesteen pintajännitykseen. Sama pätee hiukkasiin, jotka haluavat paeta ulkoiseen ympäristöön nesteen syvyyksistä.

Siksi sen pinta käyttäytyy kuin joustava kalvo, joka osoittaa vastustuskykyä muodonmuutoksille.

yksiköt

Pintajännitystä edustaa yleensä symboli γ, ja se ilmaistaan yksikköinä N / m, voimakertojen pituus. Suurimman osan ajasta sen yksikkö on kuitenkin dyn / cm. Yksi voidaan muuntaa toiseksi seuraavalla muuntokertoimella:

1 dyn / cm = 0,001 N / m

Veden pintajännitys

Vesi on harvinaisin ja upein kaikista nesteistä. Sen pintajännitys, samoin kuin useat sen ominaisuudet, ovat epätavallisen korkeat: 72 dyn / cm huoneenlämpötilassa. Tämä arvo voi nousta arvoon 75,64 dyn / cm lämpötilassa 0 ° C; tai laskea lämpötilaan 58,85 ºC lämpötilassa 100 ºC.

Nämä havainnot ovat järkeviä, kun ajatellaan, että molekyylisulku kiristyy vielä enemmän jäätymisen lähellä olevissa lämpötiloissa tai "irtoaa" hieman kiehumispisteen ympärillä.

Veden pintajännitys on korkea vedyn sidosten vuoksi. Jos nämä sinänsä ovat havaittavissa nesteessä, ne ovat vieläkin enemmän pinnalla. Vesimolekyylit ovat voimakkaasti takertuneet muodostaen H ₂ O-HOH-tyypin dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia.

Vesimolekyylit vetoavat toisiinsa; on kytketty vety sidoksilla

Niiden vuorovaikutusten tehokkuus on, että vesipitoinen molekyylieste voi jopa tukea joitain kappaleita ennen niiden uppoutumista. Palaamme tähän kohtaan sovellus- ja kokeiluosioissa.

Muita esimerkkejä

Kaikkien nesteiden pintajännitykset ovat joko pienemmässä tai suuremmassa määrin kuin vedessä tai ovatko ne puhtaita aineita tai liuoksia. Kuinka vahvat ja jännittyvät sen pintojen molekyyliesteet ovat, riippuu suoraan niiden molekyylien välisestä vuorovaikutuksesta, sekä rakenteellisista ja energeettisistä tekijöistä.

Kondensoituneet kaasut

Esimerkiksi nestemäisessä tilassa olevat kaasumolekyylit ovat vuorovaikutuksessa vain Lontoon dispergointivoimien kautta. Tämä on yhdenmukaista sen tosiasian kanssa, että niiden pintajännityksillä on alhaiset arvot:

- Nestemäinen helium, 0,37 dyn / cm lämpötilassa -273 ° C

- Nestemäinen typpi, 8,85 dyn / cm lämpötilassa -196 ° C

- Nestemäinen happi, 13,2 dyn / cm lämpötilassa -182 ºC

Nestemäisen hapen pintajännitys on korkeampi kuin heliumin, koska sen molekyylien massa on suurempi.

Apolaariset nesteet

Ei-polaaristen ja orgaanisten nesteiden odotetaan olevan suurempia pintajännityksiä kuin nämä kondensoituneet kaasut. Joidenkin joukossa meillä on seuraavat:

-Diietyylieetteri, 17 dyn / cm 20 ° C: ssa

- n-heksaani, 18,40 dyn / cm 20 ° C: ssa

- n-oktaani, 21,80 dyn / cm 20 ° C: ssa

-Tolueeni, 27,73 dyn / cm 25 ° C: ssa

Samanlainen suuntaus havaitaan näissä nesteissä: pintajännitys kasvaa niiden molekyylimassien kasvaessa. N-oktaanin pintajännityksen tulisi kuitenkin olla korkein eikä tolueenin. Tässä molekyylirakenteet ja geometriat tulevat peliin.

Tolueenimolekyyleillä, litteillä ja rengasmaisilla, on tehokkaampia vuorovaikutuksia kuin n-oktaanilla. Siksi tolueenin pinta on "tiukempi" kuin n-oktaanin pinta.

Polaariset nesteet

Koska polaarisen nesteen molekyylien välillä on voimakkaampia dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia, niiden taipumus on osoittaa suurempia pintajännityksiä. Mutta näin ei aina ole. Joitakin esimerkkejä meistä on:

-Etikkahappo, 27,60 dyn / cm 20 ° C: ssa

- asetoni, 23,70 dyn / cm 20 ° C: ssa

-Verta, 55,89 dyn / cm 22 ° C: ssa

-Etanoli, 22,27 dyn / cm 20 ° C: ssa

-Glyseroli, 63 dyn / cm 20 ° C: ssa

-Sulatettu natriumkloridi, 163 dyn / cm 650 ºC: ssa

- 6 M NaCl-liuos, 82,55 dyn / cm 20 ° C: ssa

Sulan natriumkloridilla odotetaan olevan valtava pintajännitys - se on viskoosi, ioninen neste.

Toisaalta elohopea on yksi nesteistä, joiden pintajännitys on suurin: 487 dyn / cm. Siinä sen pinta koostuu vahvasti kohesiivisista elohopeaatomeista, paljon enemmän kuin vesimolekyylit voivat olla.

Sovellukset

Jotkut hyönteiset käyttävät veden pintajännitystä voidakseen kävellä sillä. Lähde: Pixabay.

Pelkästään pintajännityksellä ei ole sovelluksia. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että se ei osallistu erilaisiin päivittäisiin ilmiöihin, joita ei olisi, jos niitä ei olisi.

Esimerkiksi hyttyset ja muut hyönteiset kykenevät kulkemaan veden läpi. Tämä johtuu siitä, että niiden hydrofobiset jalat hylkivät veden, kun taas niiden alhainen massa antaa heidän pysyä liikkeessä molekyylisuojalla pudottamatta joen, järven, lammen jne. Pohjalle.

Pintajännityksellä on myös merkitys nesteiden kostutettavuudelle. Mitä suurempi sen pintajännitys, sitä vähemmän sen taipumus vuotaa materiaalin huokosten tai halkeamien läpi. Tämän lisäksi ne eivät ole kovin hyödyllisiä nesteitä pintojen puhdistukseen.

pesuaineet

Täällä pesuaineet toimivat, vähentäen veden pintajännitystä ja auttamalla sitä peittämään suuremmat pinnat; samalla parantamalla sen rasvanpoistovaikutusta. Vähentämällä sen pintajännitystä, se antaa tilaa ilmamolekyyleille, joiden kanssa se muodostaa kuplia.

emulsiot

Toisaalta pienemmät korkeammat jännitteet liittyvät emulsioiden stabilointiin, jotka ovat erittäin tärkeitä eri tuotevalikoiman formuloinnissa.

Yksinkertaiset kokeet

Metalliliitin kelluu veden pintajännityksen takia. Lähde: Alvesgaspar

Lopuksi mainitaan joitain kokeita, jotka voidaan suorittaa missä tahansa kotitilassa.

Clip kokeilu

Metalliliitin asetetaan sen pinnalle lasilliseen kylmällä vedellä. Kuten yllä olevasta kuvasta nähdään, pidike pysyy pinnalla veden pintajännityksen ansiosta. Mutta jos lasiin lisätään pieni laavakiina, pintajännitys laskee dramaattisesti ja paperiliitin uppoaa yhtäkkiä.

Paperivene

Jos pinnalla on paperivene tai puulava ja jos astianpesukone tai puhdistusaine lisätään tampon päähän, tapahtuu mielenkiintoinen ilmiö: tapahtuu heijastus, joka levittää niitä kohti lasin reunoja. Paperivene ja puinen kuormalava siirtyy pois pesuaineella rasvatusta tampoon.

Toinen samanlainen ja graafisempi kokeilu koostuu saman toimenpiteen toistamisesta, mutta vesipulloon, joka on ripotettu mustalla pippurilla. Mustapippurihiukkaset ajautuvat pois ja pinta muuttuu peitettynä pippurista kristallinkirkkaaksi, pippurin reunoilla.

Viitteet

Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
Wikipedia. (2020). Pintajännitys. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
USGS. (SF). Pintajännitys ja vesi. Palautettu osoitteesta: usgs.gov
Jones, Andrew Zimmerman. (12. helmikuuta 2020). Pintajännitys - määritelmä ja kokeet. Palautettu osoitteesta: gondo.com
Susanna Laurén. (15. marraskuuta 2017). Miksi pintajännitys on tärkeä? Biolin tieteellinen. Palautettu osoitteesta: blog.biolinsc Scientific.com
Rookien vanhemmuustiede. (7. marraskuuta 2019). Mikä on pintajännitys - viileä tiedekoe. Palautettu osoitteesta: rookieparenting.com
Jessica Munk. (2020). Pintajännityskokeet. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com
Lasten pitäisi nähdä tämä. (2020). Seitsemän pintajännityskoetta - Fysiikan tyttö. Palautettu osoitteesta: thekidshouldseethis.com

PINTAJÄNNITYS: SYYT, ESIMERKIT, SOVELLUKSET JA KOKEET - KEMIA - 2026