KILCALLIK: SUDAKI ÖZELLIKLER VE ÖRNEK - KIMYA - 2024

Kılcal onları daha da yerçekimine karşı boru şekilli delikler veya gözenekli yüzeylere hareket sağlar sıvıların bir özelliğidir. Bunun için sıvının molekülleri ile ilgili iki kuvvet arasında bir denge ve koordinasyon olmalıdır: kohezyon ve yapışma; bu ikisinin yüzey gerilimi adı verilen fiziksel bir yansıması vardır.

Sıvının, tüpün iç duvarlarını veya içinden geçtiği malzemenin gözeneklerini ıslatabilmesi gerekir. Bu, yapışma kuvveti (sıvı-kılcal boru duvarı) moleküller arası kohezyon kuvvetinden daha büyük olduğunda meydana gelir. Sonuç olarak, sıvının molekülleri malzemenin atomları (cam, kağıt vb.) İle birbirlerinden daha güçlü etkileşimler yaratır.

Kaynak: Wikipedia aracılığıyla MesserWoland

Kılcallığın klasik örneği, bu özelliğin iki çok farklı sıvı için karşılaştırılmasında gösterilmiştir: su ve cıva.

Yukarıdaki görüntüde, suyun tüpün duvarlarından yukarı doğru yükseldiği görülebilir, bu da onun daha büyük yapışma kuvvetlerine sahip olduğu anlamına gelir; cıva ile bunun tersi olur, çünkü metalik bağın kohezyon kuvvetleri camı ıslatmasını engeller.

Bu nedenle su içbükey bir menisküs oluşturur ve cıva dışbükey (kubbe şeklinde) bir menisküs oluşturur. Ayrıca, borunun yarıçapı veya sıvının içinden geçtiği bölüm ne kadar küçükse, yükseklik veya mesafe o kadar büyük olur (her iki boru için su kolonlarının yüksekliklerini karşılaştırın).

Kılcallık özellikleri

-Sıvının yüzeyi

Kılcal damar içindeki sıvının yüzeyi, yani su, içbükeydir; yani menisküs içbükeydir. Bu durum, borunun duvarına yakın su moleküllerine uygulanan kuvvetlerin sonucunun ona doğru yönlendirilmesinden kaynaklanmaktadır.

Her menisküste, kılcal tüp duvarının temas noktasında sıvının yüzeyine teğet bir çizgi ile oluşturduğu açı olan bir temas açısı (θ) vardır.

Yapışma ve kohezyon kuvvetleri

Sıvının kılcal duvara yapışma kuvveti, moleküller arası kohezyon kuvvetine üstün gelirse, açı <90 ° 'dir; sıvı kılcal duvarı ıslatır ve su kılcallık olarak bilinen fenomeni gözlemleyerek kılcal damar içinden yükselir.

Temiz bir bardağın yüzeyine bir damla su konulduğunda, su camın üzerine yayılır, yani θ = 0 ve cos θ = 1.

Moleküller arası kohezyon kuvveti, sıvı-kılcal duvar yapışma kuvvetine üstün gelirse, örneğin civada, menisküs dışbükey olacaktır ve θ açısı> 90º değerine sahip olacaktır; cıva kılcal duvarı ıslatmaz ve bu nedenle iç duvarından aşağı iner.

Temiz bir camın yüzeyine bir damla cıva konulduğunda damla şeklini ve θ = 140º açısını korur.

-Yükseklik

Su, su sütununun ağırlığının moleküller arası kohezyon kuvvetinin dikey bileşenini telafi ettiği bir yüksekliğe (h) ulaşana kadar kılcal boru boyunca yükselir.

Daha fazla su yükseldikçe, yüzey gerilimi sizin lehinize olsa bile yerçekiminin yükselişini durduracağı bir nokta gelecektir.

Bu olduğunda, moleküller iç duvarlara “tırmanmaya” devam edemez ve tüm fiziksel kuvvetler eşitlenir. Bir yanda suyun yükselmesini sağlayan kuvvetler var, diğer yanda kendi ağırlığın onu aşağı doğru itiyor.

Jurin Yasası

Bu matematiksel olarak şu şekilde yazılabilir:

2 π rϒcosθ = ρgπr ² saat

Denklemin sol tarafının, büyüklüğü aynı zamanda kohezyon veya moleküller arası kuvvetlerle ilgili olan yüzey gerilimine bağlı olduğu durumlarda; Cosθ, temas açısını temsil eder ve r sıvının yükseldiği deliğin yarıçapını temsil eder.

Denklemin sağ tarafında h yüksekliğine, yerçekimi kuvvetine ve sıvının yoğunluğuna sahibiz; hangi su olurdu.

O zaman h için çözüyoruz

h = (2ϒkosθ / ρgr)

Bu formülasyon, sıvı kolonunun ağırlığı, kılcal hareket ile yükselme kuvveti ile dengelendiğinde, kılcal tüpte sıvı kolonunun ulaştığı yüksekliği tanımlayan Jurin Yasası olarak bilinir.

-Yüzey gerilimi

Su, oksijen atomunun elektronegatifliği ve moleküler geometrisi nedeniyle bir çift kutuplu moleküldür. Bu, su molekülünün oksijenin bulunduğu kısmının negatif yüklü olmasına neden olurken, su molekülünün 2 hidrojen atomunu içeren kısmı pozitif yüklü hale gelir.

Sıvıdaki moleküller bu sayede birden fazla hidrojen bağıyla etkileşime girerek onları bir arada tutar. Bununla birlikte, su: hava arayüzünde (yüzey) bulunan su molekülleri, hava molekülleri ile zayıf çekim ile telafi edilmeyen, sıvının sinüs molekülleri tarafından net bir çekime maruz kalır.

Bu nedenle, arayüzdeki su molekülleri, su moleküllerini arayüzden uzaklaştırma eğiliminde olan çekici bir kuvvete maruz kalır; diğer bir deyişle altta bulunan moleküllerle oluşan hidrojen bağları yüzeydekileri sürükler. Böylece, yüzey gerilimi su: hava arayüzeyinin yüzeyini azaltmaya çalışır.

H ile ilişki

Jurin kanunu denklemine bakarsak, h'nin ϒ ile doğru orantılı olduğunu bulacağız; bu nedenle, sıvının yüzey gerilimi ne kadar yüksekse, bir malzemenin kılcal damarı veya gözeneği tarafından yükseltilebilen yükseklik o kadar büyük olur.

Bu şekilde, farklı yüzey gerilimlerine sahip iki sıvı A ve B için, daha yüksek yüzey gerilimine sahip olanın daha yüksek bir yüksekliğe çıkması beklenir.

Bu noktaya göre, bir sıvının kılcal özelliğini tanımlayan en önemli özelliğin yüksek yüzey gerilimi olduğu sonucuna varılabilir.

-Sıvının yükseldiği kılcal damar veya gözenek yarıçapı

Jurin Yasasının gözlemi, bir sıvının bir kapiler veya gözenek içinde ulaştığı yüksekliğin, bunun yarıçapı ile ters orantılı olduğunu gösterir.

Bu nedenle, yarıçap ne kadar küçükse, sıvı kolonun kılcal hareketle ulaştığı yükseklik o kadar büyük olur. Bu, doğrudan suyun cıva ile karşılaştırıldığı görüntüde görülebilir.

Yarıçapı 0.05 mm olan bir cam tüpte, kılcallık başına su sütunu 30 cm yüksekliğe ulaşacaktır. 1.5 emme basıncı 1 um bir çapa sahip kılcal tüpler içinde x 10 ³ , 14 veya 15 arasında su sütunu yüksekliğinin bir hesaplama tekabül (1.5 atm eşittir) hPa m.

Bu, birkaç kez kendi kendine açılan pipetlerde olanlara çok benzer. Sıvıyı yudumlamak, sıvının ağza yükselmesine neden olan bir basınç farkı yaratır.

Kılcallığın ulaştığı maksimum sütun yükseklik değeri teoriktir, çünkü kılcal damarların yarıçapı belirli bir sınırın ötesine indirilemez.

Poiseuille Yasası

Bu, gerçek bir sıvının akışının aşağıdaki ifadeyle verildiğini belirler:

Q = (πr ⁴ / 8ηl) ΔP

Q sıvının akışı olduğunda, η viskozitesidir, l tüpün uzunluğudur ve ΔP basınç farkıdır.

Bir kılcal damarın yarıçapı azaldıkça, kılcallığın ulaştığı sıvı sütunun yüksekliği sonsuza kadar artmalıdır. Bununla birlikte, Poiseuille, yarıçap azaldıkça, bu kılcal damardan geçen sıvı akışının da azaldığını belirtiyor.

Ayrıca, gerçek bir sıvının akışına direncin bir ölçüsü olan viskozite, sıvının akışını daha da azaltacaktır.

Temas açısı (θ)

Jurin Yasasında belirtildiği gibi cosθ değeri ne kadar büyükse, kılcallık başına su sütununun yüksekliği o kadar büyük olur.

Θ küçükse ve sıfıra (0) yaklaşırsa, cosθ = 1'dir, dolayısıyla h değeri maksimum olacaktır. Aksine, θ 90º'ye eşitse, cosθ = 0 ve h = 0'ın değeri.

Θ değeri 90º'den büyük olduğunda, bu dışbükey menisküs durumunda, sıvı kılcallık ile yükselmez ve alçalmaya meyillidir (cıva ile olduğu gibi).

Suyun kılcallığı

Su, 72,75 N / m yüzey gerilimi değerine sahiptir ve aşağıdaki sıvıların yüzey gerilimi değerlerine kıyasla nispeten yüksektir:

-Aceton: 22,75 N / m

-Etil alkol: 22.75 N / m

-Heksan: 18.43 N / m

-Metanol: 22.61 N / m.

Bu nedenle su, su ve besin maddelerinin bitkiler tarafından emilmesi için çok gerekli olan kılcallık olgusunun gelişmesine yardımcı olan olağanüstü bir yüzey gerilimine sahiptir.

Bitkilerde

Kaynak: Pixabay

Kılcallık, bitkilerin ksilemi yoluyla özsuyunun yükselmesi için önemli bir mekanizmadır, ancak ağaçların yapraklarına özsuyu almak için tek başına yetersizdir.

Bitkilerin ksilemi yoluyla özsuyunun yükselmesinde terleme veya buharlaşma önemli bir mekanizmadır. Yapraklar buharlaşma yoluyla su kaybederek su moleküllerinin miktarında bir düşüşe neden olur, bu da kılcal tüplerde bulunan su moleküllerinin (ksilem) çekilmesine neden olur.

Su molekülleri birbirinden bağımsız hareket etmezler, aksine Van der Waals kuvvetleri ile etkileşime girer ve bu da onların bitkilerin kılcal damarları boyunca yapraklara doğru birbirine bağlı yükselmelerine neden olur.

Bu mekanizmalara ek olarak, bitkilerin topraktan ozmoz yoluyla su emdikleri ve kökte oluşan pozitif bir basıncın, bitkinin kılcal damarlarından suyun yükselmesinin başlamasını sağladığına dikkat edilmelidir.

Referanslar

1. Garcia Franco A. (2010). Yüzeysel fenomenler. Kurtarıldığı kaynak: sc.ehu.es
2. Yüzey olayları: yüzey gerilimi ve kılcallık. . Ugr.es'den kurtarıldı
3. Vikipedi. (2018). Kapilerite. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
4. Risvhan T. (nd) Bitkilerde kılcallık. Kurtarıldı: academia.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Aralık 2018). Kılcal Hareket: Tanım ve Örnekler. Kurtarıldı: thinkco.com
6. Ellen Ellis M. (2018). Suyun Kılcal Etkisi: Tanım ve Örnekler. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
7. ScienceStruck Personel. (16 Temmuz 2017). Kılcal Hareket Kavramını ve Anlamını Açıklayan Örnekler. Kurtarıldı: sciencestruck.com