KEUPAYAAN: CIRI DAN CONTOH DI DALAM AIR - KIMIA - 2026

The Kererambutan adalah penginapan cecair yang membolehkan mereka untuk bergerak lubang tiub atau permukaan berliang walaupun terhadap graviti. Untuk ini, mesti ada keseimbangan dan koordinasi dua daya yang berkaitan dengan molekul cecair: kohesi dan lekatan; kedua-duanya mempunyai pantulan fizikal yang disebut tegangan permukaan.

Cecair itu perlu dapat membasahi dinding dalaman tiub atau liang bahan yang dilaluinya. Ini berlaku apabila daya lekatan (dinding tiub kapilari cecair) lebih besar daripada daya kohesi antara molekul. Akibatnya, molekul cecair mewujudkan interaksi yang lebih kuat dengan atom bahan (kaca, kertas, dll) daripada antara satu sama lain.

Sumber: MesserWoland melalui Wikipedia

Contoh klasik kapilari digambarkan dalam perbandingan sifat ini untuk dua cecair yang sangat berbeza: air dan merkuri.

Dalam gambar di atas dapat dilihat bahawa air naik ke atas dinding tiub, yang bermaksud bahawa ia mempunyai daya lekatan yang lebih besar; sementara dengan merkuri berlaku sebaliknya, kerana daya kohesinya, dari ikatan logam, menghalangnya daripada membasahi kaca.

Atas sebab ini, air membentuk meniskus cekung, dan merkuri meniskus cembung (berbentuk kubah). Perlu juga diperhatikan bahawa semakin kecil jejari tiub atau bahagian di mana cecair bergerak, semakin tinggi ketinggian atau jarak perjalanan (bandingkan ketinggian lajur air untuk kedua-dua tiub).

Ciri kapilari

- Permukaan cecair

Permukaan cecair, untuk mengatakan air, dalam kapilari cekung; iaitu, meniskus cekung. Keadaan ini berlaku kerana daya yang dihasilkan pada molekul air berhampiran dinding tiub diarahkan ke arahnya.

Di setiap meniskus ada sudut kontak (θ), yang merupakan sudut yang terbentuk oleh dinding tiub kapilari dengan garis singgung ke permukaan cecair pada titik kontak.

Daya lekatan dan kohesi

Sekiranya daya lekatan cecair ke dinding kapilari mengatasi kekuatan kohesi antar molekul, maka sudut adalah θ <90º; cecair membasahi dinding kapilari dan air naik melalui kapilari, memerhatikan fenomena yang dikenali sebagai kapilari.

Apabila setetes air diletakkan di permukaan gelas yang bersih, air menyebar di atas gelas, jadi θ = 0 dan cos θ = 1.

Sekiranya daya kohesi intermolekul berlaku di atas daya lekatan dinding kapilari cecair, misalnya dalam merkuri, meniskus akan menjadi cembung dan sudut θ akan mempunyai nilai> 90º; merkuri tidak membasahi dinding kapilari dan oleh itu mengalir ke dinding dalamannya.

Apabila titisan merkuri diletakkan di permukaan gelas yang bersih, titisan tersebut mengekalkan bentuknya dan sudut θ = 140º.

-Tinggi

Air naik melalui tiub kapilari hingga mencapai ketinggian (h), di mana berat tiang air mengimbangi komponen menegak daya kohesi antar molekul.

Seiring semakin banyak air naik, akan tiba suatu titik di mana graviti akan menghentikan pendakiannya, bahkan dengan ketegangan permukaan bekerja sesuai dengan keinginan anda.

Apabila ini berlaku, molekul tidak dapat terus "memanjat" dinding dalam, dan semua kekuatan fizikal menyamakan. Di satu pihak anda mempunyai kekuatan yang mendorong kenaikan air, dan di sisi lain berat badan anda sendiri mendorongnya turun.

Undang-undang Jurin

Ini boleh ditulis secara matematik seperti berikut:

2 π rϒcosθ = ρgπr ² h

Di mana sisi kiri persamaan bergantung pada tegangan permukaan, yang besarnya juga berkaitan dengan kekuatan kohesi atau intermolekul; Cosθ mewakili sudut kontak, dan r jari-jari lubang di mana cecair naik.

Dan di sebelah kanan persamaan kita mempunyai ketinggian h, daya graviti g, dan ketumpatan cecair; yang akan menjadi air.

Selesaikan untuk h yang kita ada

h = (2ϒcosθ / ρgr)

Perumusan ini dikenal sebagai Hukum Jurin, yang menentukan ketinggian yang dicapai oleh lajur cecair, dalam tiub kapilari, ketika berat lajur cairan diimbangi dengan kekuatan kenaikan oleh tindakan kapilari.

-Tegangan permukaan

Air adalah molekul dipol, kerana elektronegativiti atom oksigen dan geometri molekulnya. Ini menyebabkan bahagian molekul air di mana oksigen berada menjadi bermuatan negatif, sementara bahagian molekul air, yang mengandungi 2 atom hidrogen, menjadi bermuatan positif.

Molekul dalam cecair berinteraksi dengan ini melalui pelbagai ikatan hidrogen, menahannya bersama. Walau bagaimanapun, molekul air yang ada di air: antara muka udara (permukaan), dikenakan tarikan bersih oleh molekul sinus cecair, tidak dikompensasi oleh daya tarikan lemah dengan molekul udara.

Oleh itu, molekul air di antara muka dikenakan daya tarikan yang cenderung untuk mengeluarkan molekul air dari antara muka; dengan kata lain, ikatan hidrogen yang terbentuk dengan molekul-molekul di bahagian bawah menyeret mereka yang berada di permukaan. Oleh itu, tegangan permukaan bertujuan untuk mengurangkan permukaan air: antara muka udara.

Hubungan dengan h

Sekiranya kita melihat persamaan undang-undang Jurin, kita akan mendapati bahawa h berkadar terus dengan ϒ; oleh itu, semakin tinggi tegangan permukaan cecair, semakin tinggi ketinggian yang dapat dinaikkan oleh kapilari atau liang bahan.

Dengan cara ini, diharapkan untuk dua cecair, A dan B, dengan tegangan permukaan yang berbeza, yang dengan tegangan permukaan yang lebih besar akan meningkat ke ketinggian yang lebih tinggi.

Dengan ini dapat disimpulkan bahawa tegangan permukaan yang tinggi adalah ciri terpenting yang menentukan sifat kapilari cecair.

-Radius kapilari atau liang di mana cecair naik

Pemerhatian Undang-Undang Jurin menunjukkan bahawa ketinggian yang dicapai oleh cairan di kapilari atau pori berbanding terbalik dengan jari-jari yang sama.

Oleh itu, semakin kecil jejari, semakin tinggi ketinggian lajur cecair yang dicapai oleh kapilari. Ini dapat dilihat secara langsung dalam gambar di mana air dibandingkan dengan merkuri.

Dalam tiub kaca dengan jejari 0,05 mm, lajur air per kapilari akan mencapai ketinggian 30 cm. Dalam tiub kapilari dengan radius 1 µm dengan tekanan sedutan 1.5 x 10 ³ hPa (sama dengan 1.5 atm) sesuai dengan pengiraan ketinggian lajur air 14 hingga 15 m.

Ini sangat serupa dengan apa yang berlaku dengan jerami yang menyala sendiri beberapa kali. Menghirup cecair menimbulkan perbezaan tekanan yang menyebabkan cecair naik ke mulut.

Nilai tinggi maksimum lajur yang dicapai oleh kapilari adalah teoritis, kerana jari-jari kapilari tidak dapat dikurangi melampaui batas tertentu.

Undang-undang Poiseuille

Ini membuktikan bahawa aliran cecair nyata diberikan oleh ungkapan berikut:

Q = (πr ⁴ / 8ηl) ΔP

Di mana Q adalah aliran cecair, η adalah kelikatannya, l adalah panjang tiub, dan ΔP adalah perbezaan tekanan.

Apabila jejari kapilari berkurang, ketinggian lajur cecair yang dicapai oleh kapilari akan meningkat selama-lamanya. Namun, Poiseuille menunjukkan bahawa ketika radius berkurang, aliran bendalir melalui kapilari juga berkurang.

Juga, kelikatan, yang merupakan ukuran rintangan terhadap aliran cecair nyata, akan menurunkan aliran cecair tersebut.

- Sudut hubungan (θ)

Semakin besar nilai cosθ, semakin tinggi ketinggian lajur air per kapiler, seperti yang ditunjukkan oleh Hukum Jurin.

Sekiranya θ adalah kecil dan mendekati sifar (0), cosθ adalah = 1, maka nilai h akan maksimum. Sebaliknya, jika θ sama dengan 90º, cosθ = 0 dan nilai h = 0.

Apabila nilai θ lebih besar daripada 90º, yang merupakan kes meniskus cembung, cecair tidak naik dengan kapilari dan kecenderungannya turun (seperti yang berlaku dengan merkuri).

Keupayaan air

Air mempunyai nilai tegangan permukaan 72.75 N / m, agak tinggi berbanding dengan nilai tegangan permukaan cecair berikut:

-Acetone: 22.75 N / m

-Etil alkohol: 22.75 N / m

-Hexan: 18.43 N / m

-Metanol: 22.61 N / m.

Oleh itu, air mempunyai ketegangan permukaan yang luar biasa, yang menyokong perkembangan fenomena kapilari yang sangat diperlukan untuk penyerapan air dan nutrien oleh tumbuhan.

Di tumbuh-tumbuhan

Sumber: Pixabay

Kapiliti adalah mekanisme penting untuk pendakian getah melalui xilem tanaman, tetapi dengan sendirinya tidak cukup untuk menyampaikan getah ke daun pohon.

Transpirasi atau penyejatan adalah mekanisme penting dalam pendakian getah melalui xilem tumbuhan. Daun kehilangan air melalui penyejatannya, menghasilkan penurunan jumlah molekul air, yang menyebabkan tarikan molekul air yang terdapat di kapilari (xilem).

Molekul air tidak bertindak secara bebas antara satu sama lain, melainkan berinteraksi oleh kekuatan Van der Waals, yang menyebabkannya naik bersama-sama melalui kapilari tumbuhan ke arah daun.

Sebagai tambahan kepada mekanisme ini, perlu diperhatikan bahawa tumbuhan menyerap air dari tanah melalui osmosis dan bahawa tekanan positif yang dihasilkan di akar, mendorong permulaan kenaikan air melalui kapilari tanaman.

Rujukan

1. García Franco A. (2010). Fenomena dangkal. Dipulihkan dari: sc.ehu.es
2. Fenomena permukaan: ketegangan permukaan dan kapilari. . Dipulihkan dari: ugr.es
3. Wikipedia. (2018). Keupayaan. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org
4. Risvhan T. (nd) Kapiliti pada tanaman. Dipulihkan dari: akademia.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Disember 2018). Tindakan Kapilari: Definisi dan Contoh. Dipulihkan dari: thinkco.com
6. Ellen Ellis M. (2018). Tindakan Kapilari Air: Definisi & Contoh. Kaji. Dipulihkan dari: study.com
7. Kakitangan ScienceStruck. (16 Julai 2017). Contoh yang Menjelaskan Konsep dan Makna Tindakan Kapilari. Dipulihkan dari: sciencestruck.com