Siła spójności: charakterystyka ciał stałych, cieczy i gazów, przykłady
Siły spójności to międzycząsteczkowe siły przyciągania, które utrzymują niektóre cząsteczki razem. W zależności od intensywności sił kohezyjnych substancja jest w stanie stałym, ciekłym lub gazowym. Wartość sił spójności jest wewnętrzną właściwością każdej substancji.
Ta właściwość jest związana z kształtem i strukturą cząsteczek każdej substancji. Ważną cechą sił spójności jest to, że zmniejszają się one szybko, gdy odległość wzrasta. Następnie siły kohezji nazywane są siłami przyciągania, które występują między cząsteczkami tej samej substancji.
Przeciwnie, siły odpychające są tymi, które wynikają z energii kinetycznej (energii spowodowanej ruchem) cząstek. Ta energia powoduje, że cząsteczki stale się poruszają. Intensywność tego ruchu jest wprost proporcjonalna do temperatury, w której znajduje się substancja.
Aby spowodować zmianę stanu substancji, konieczne jest podniesienie jej temperatury za pomocą transmisji ciepła. Powoduje to wzrost sił odpychania substancji, co może ostatecznie doprowadzić do zmiany stanu.
Z drugiej strony ważne i konieczne jest rozróżnienie między spójnością a przystąpieniem. Spójność wynika z sił przyciągania, które występują między sąsiednimi cząstkami tej samej substancji; z drugiej strony adhezja jest wynikiem interakcji zachodzącej między powierzchniami różnych substancji lub ciał.
Te dwie siły wydają się być związane z kilkoma zjawiskami fizycznymi, które wpływają na ciecze, dlatego ważne jest dobre zrozumienie zarówno jednego, jak i drugiego.
Charakterystyka ciał stałych, cieczy i gazów
W ciałach stałych
Ogólnie rzecz biorąc, w ciałach stałych siły kohezji są bardzo wysokie i występują intensywnie w trzech kierunkach przestrzeni.
W ten sposób, jeśli zewnętrzna siła jest przyłożona do ciała stałego, zachodzą tylko niewielkie przemieszczenia cząsteczek.
Ponadto, gdy znika siła zewnętrzna, siły kohezji są wystarczająco silne, aby przywrócić cząsteczki do ich pierwotnej pozycji, przywracając pozycję przed zastosowaniem siły.
W cieczach
Przeciwnie, w cieczach siły kohezji są wysokie tylko w dwóch kierunkach przestrzennych, podczas gdy są one bardzo słabe między warstwami płynu.
Tak więc, gdy siła jest przyłożona w kierunku stycznym do cieczy, ta siła rozrywa słabe wiązania między warstwami. Powoduje to, że warstwy cieczy ślizgają się jedna nad drugą.
Następnie, gdy kończy się stosowanie siły, siły kohezji nie mają wystarczającej siły, aby przywrócić cząsteczki cieczy do ich pierwotnego położenia.
Ponadto, w cieczach spójność jest również odzwierciedlona w napięciu powierzchniowym, powodowanym przez niezrównoważoną siłę skierowaną do wnętrza cieczy, działającą na cząsteczki powierzchni.
Podobnie, spójność jest również obserwowana, gdy następuje przejście ze stanu ciekłego do stanu stałego, ze względu na efekt kompresji cząsteczek ciekłych.
W gazach
W gazach siły spójności są pomijalne. W ten sposób cząsteczki gazów są w ciągłym ruchu, ponieważ w ich przypadku siły spójności nie są w stanie utrzymać ich związanych ze sobą.
Z tego powodu w gazach siły kohezji można docenić tylko wtedy, gdy zachodzi proces upłynniania, który ma miejsce, gdy cząsteczki gazowe są sprężane i siły przyciągania są dostatecznie silne, aby nastąpiło przejście stanu. gazowy do stanu ciekłego.
Przykłady
Siły kohezji są często łączone z siłami adhezji, co powoduje pewne zjawiska fizyczne i chemiczne. Zatem, na przykład, siły kohezji wraz z siłami adhezji pozwalają nam wyjaśnić niektóre z najczęstszych zjawisk występujących w cieczach; Jest to przypadek łąkotki, napięcia powierzchniowego i kapilarności.
Dlatego w przypadku cieczy konieczne jest rozróżnienie sił kohezji, które występują między cząsteczkami tej samej cieczy; i te adhezji, które występują między cząsteczkami cieczy i ciała stałego.
Napięcie powierzchniowe
Napięcie powierzchniowe to siła, która występuje stycznie i na jednostkę długości na krawędzi wolnej powierzchni cieczy znajdującej się w równowadze. Siła ta kurczy powierzchnię cieczy.
Ostatecznie napięcie powierzchniowe występuje, ponieważ siły występujące w cząsteczkach cieczy są różne na powierzchni cieczy niż te, które występują we wnętrzu.
Menisco
Łękotka to krzywizna, która powstaje na powierzchni cieczy, gdy jest zamknięta w pojemniku. Ta krzywa jest wytwarzana przez efekt, że powierzchnia pojemnika, który ją zawiera, znajduje się na cieczy.
Krzywa może być wypukła lub wklęsła, w zależności od tego, czy siła między cząsteczkami cieczy a cząsteczkami pojemnika jest atrakcyjna - tak jak w przypadku wody i szkła - lub jest odpychająca, jak między rtęcią a szkłem,
Kapilarność
Kapilarność to właściwość płynów, która pozwala im wznieść się lub zejść przez rurkę kapilarną. Jest to właściwość, która umożliwia, po części, wzrost wody przez wnętrze roślin.
Ciecz unosi się przez rurkę kapilarną, gdy siły kohezyjne są mniejsze niż siły adhezji między cieczą a ściankami rury. W ten sposób ciecz będzie rosła, aż wartość napięcia powierzchniowego będzie równa ciężarowi cieczy zawartej w kapilarze.
Przeciwnie, jeśli siły kohezji są większe niż siły adhezji, napięcie powierzchniowe obniży ciecz i kształt jej powierzchni będzie wypukły.
