Napięcie powierzchniowe

Nasza ocena:

5
Pobrań: 294
Wyświetleń: 1414
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Napięcie powierzchniowe - strona 1 Napięcie powierzchniowe - strona 2 Napięcie powierzchniowe - strona 3

Fragment notatki:


I. Specyficzne właściwości stanu ciekłego. Ciecze różnią się od gazów przede wszystkim wielokrotnie większą liczbą  cząsteczek w jednostce objętości. 1 mol (18,015 g) wody w temperaturze  100°C  i pod ciśnieniem 1 atm zajmuje objętość około 18,78 mL, zaś 1 mol pary wodnej  zajmuje w tych samych warunkach około 30,11 litrów. Dzieje się tak dlatego, że  dla cieczy stosunek średniej drogi swobodnej do średnicy cząsteczki jest rzędu  jedności i wynosi kilka angstremów Å (1*10 -10 m) czyli dziesiątych części  nanometra, podczas kiedy dla gazów jest to wielkość około 3 rzędy wielkości  większa. Cząsteczki cieczy nie tworzą siatki krystalicznej i mogą się przemieszczać  względem siebie, dlatego ciecze łatwo przelewają się i przyjmują kształt naczynia  w którym się znajdują. Jednakże na skutek ponad 1000 razy większego  upakowania w porównaniu z gazami pojawiają się nowe cechy wynikające  z silniejszych oddziaływań międzycząsteczkowych.  W porównaniu z gazami te różnice to: - praktyczna nieściśliwość (*)  (5-10 * 10-10 [m2/N], dla gazów ok. 10-5) - zdecydowanie, bo przynajmniej 100-krotnie większa lepkość - pojawienie się tzw. napięcia powierzchniowego - włoskowatość - osmoza (*) – współczynnikiem ściśliwości χ płynu nazywamy zmianę objętości o ΔV  płynu przy zmianie ciśnienia ΔP wywieranego na płyn, odniesioną do  jednostkowej objętości płynu poddanego ściskaniu:                Δ V    -1   χ   =       *                  Δ P     V II. Pochodzenie sił odpowiedzialnych za powstawanie napięcia  powierzchniowego i innych wymienionych cech cieczy. Na cząsteczki działają siły van der Waalsa, zwane również siłami spójności.  Zasięg działania tych sił jest rzędu 10 nm (1*10-8 m).  W skali atomowej są to oddziaływania słabe dalekiego zasięgu, bowiem  odległość 0,01m oznacza około 50 średnic jonów sodu Na+  lub wapnia Ca 2+  których promienie wynoszą odpowiednio 0,95 i 0,99*10-10 m (Å). Dla orientacji, długość wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego Si-O wynosi  0,162 nm  (1,62*10-10 m) przy energii wiązania 435 kJ/mol, zaś średnica  cząsteczki wody wynosi około 0,27 nm. Energia oddziaływań międzycząsteczkowych wynikająca z istnienia sił van der  Waalsa wynosi zwykle od 2 do 8 kJ/mol i jest około 100-krotnie mniejsza od  przeciętnych energii wiązań kowalencyjnych, które wynoszą od 200 do 800  kJ/mol oraz kilkukrotnie mniejsza od energii wiązania wodorowego, ktora  wynosi  20-25 kJ/mol (czasami osiąga 80 kJ/mol). Wielkość sił van der Waalsa zależy od odległości  r  pomiędzy cząsteczkami:                   C1                             C2

(…)

… cieczy gdy menisk jest wypukły (brak
zwilżania).
Dokładniejsze rozważania prowadzą do równania Kelvina:
2σM
ln (p/po) =    
r R T
w którym:
 - gęstość cieczy [kg/m3]
r - promień kropli [m]
M – masa molowa [g/mol]
R - uniwersalna stała gazowa równa 8,31447 [J/(mol * K)]
T - temperatura bezwzględna [K]
Zgodnie równaniem Kelvina bardzo małe krople cieczy mają wyraźnie większą
prężność pary niż duża…
…. Taką relację należy stosować przy
obliczaniu promieni cząsteczek na podstawie stałej b i odwrotnie.
R - uniwersalna stała gazowa = 8,314472 [J/(mol*K)]
pkr Tkr Vkr - parametry krytyczne.
n - liczba moli
Parametry a i b dla gazów rzeczywistych są stablicowane.

… nie będącymi dipolami trwałymi
występuje trzeci typ oddziaływań, tzw. oddziaływanie dipoli chwilowych, zwane
dyspersyjnym. W teorii Londona oddziaływanie dyspersyjne zależy od
polaryzowalności i energii jonizacji cząsteczek. Powoduje ono, że nawet dla
niepolarnych substancji typu gazów szlachetnych, których cząsteczki mają
moment dipolowy równy zeru pojawiają się oddziaływania międzycząsteczkowe
powodujące…
… i zdolnych do parowania słuszny jest wzór Eötvösa,
według którego napięcie powierzchniowe maleje liniowo ze wzrostem
temperatury, zaś przeciętnie 6 stopni przed osiągnięciem temperatury krytycznej
osiąga zero z powodu osiągnięcia przez ponad 90% cząsteczek energii
kinetycznej właściwej tylko dla stanu gazowego.
Przy podnoszeniu temperatury cieczy ( w zatopionej, grubościennej rurce
mogącej wytrzymać co najmniej 300 atmosfer, to jest 300 kG/cm2 ) widać, jak
menisk staje się coraz mniej wklęsły, napięcie powierzchniowe maleje aż tuż
przez osiągnięciem temperatury krytycznej powierzchnia cieczy staje się
całkowicie paska (menisk znika). Jeśli jeszcze podniesiemy temperaturę, to i ta
granica zniknie a zawartość rurki będzie tworzyć jednorodną fazę.
Po osiągnięciu temperatury krytycznej wszystkie cząsteczki…

powierzchniowego i zwykle jeszcze silniejsze zwiększenie tzw. zwilżalności.
Zwykle cząsteczki takich substancji składają się
z dwóch części:
1) o dużej polarności ( tzw. koniec hydrofilowy cząsteczki, zawierający grupę
karboksylową –COO(-) sulfonianową –SO2-O(-), siarczanową -O-SO2-O(-)
itp. naładowaną grupę)
2) oraz z części o małej polarności (koniec hydrofobowy cząsteczki, który jest
zwykle łańcuchem…
... zobacz całą notatkę

Komentarze użytkowników (0)

Zaloguj się, aby dodać komentarz