KAKAYAHAN: MGA KATANGIAN AT HALIMBAWA SA TUBIG - CHEMISTRY - 2025

Ang capillarity ay isang pag-aari ng mga likido na nagbibigay-daan sa kanila upang ilipat ang mga butas ng tubular o mga butas na butil sa ibabaw kahit na laban sa grabidad. Para sa mga ito, dapat magkaroon ng balanse at koordinasyon ng dalawang puwersa na may kaugnayan sa mga molekula ng likido: cohesion at pagdirikit; ang dalawang ito ay may pisikal na salamin na tinatawag na pag-igting sa ibabaw.

Ang likido ay kailangang ma-basa ang mga panloob na pader ng tubo o ang mga pores ng materyal na kung saan ito ay naglalakbay. Nangyayari ito kapag ang puwersa ng pagdirikit (likidong likido-maliliit na ugat na tubo) ay mas malaki kaysa sa puwersa ng intermolecular cohesion. Dahil dito, ang mga molekula ng likido ay lumilikha ng mas malakas na pakikipag-ugnayan sa mga atomo ng materyal (baso, papel, atbp.) Kaysa sa bawat isa.

Pinagmulan: MesserWoland sa pamamagitan ng Wikipedia

Ang klasikong halimbawa ng capillarity ay isinalarawan sa paghahambing ng ari-arian na ito para sa dalawang magkakaibang magkakaibang likido: tubig at mercury.

Sa imahe sa itaas makikita na ang tubig ay tumataas sa mga dingding ng tubo, na nangangahulugang mayroon itong mas higit na mga puwersa ng pagdirikit; habang may mercury ang kabaligtaran ay nangyayari, dahil ang mga puwersa ng cohesion nito, ng metallic bond, pinipigilan ito mula sa basa ng baso.

Para sa kadahilanang ito, ang tubig ay bumubuo ng isang concave meniskus, at mercury isang convex (hugis ng simboryo) na meniskus. Dapat ding tandaan na ang mas maliit na radius ng tubo o ang seksyon kung saan naglalakbay ang likido, mas malaki ang taas o distansya na naglakbay (ihambing ang taas ng mga haligi ng tubig para sa parehong mga tubo).

Mga katangian ng kakayahan

-Surface ng likido

Ang ibabaw ng likido, upang sabihin ng tubig, sa isang maliliit na ugat ay malukot; iyon ay, ang meniskus ay malukot. Ang sitwasyong ito ay nangyayari dahil ang resulta ng mga puwersa na ipinatong sa mga molekula ng tubig malapit sa dingding ng tubo ay nakadirekta patungo dito.

Sa bawat meniskus mayroong isang anggulo ng contact (θ), na kung saan ay ang anggulo na ang pader ng capillary tube form na may isang linya ng tangent sa ibabaw ng likido sa punto ng pakikipag-ugnay.

Mga pwersa ng pagdikit at cohesion

Kung ang puwersa ng pagdirikit ng likido sa pader ng capillary ay nanaig sa intermolecular cohesion na puwersa, kung gayon ang anggulo ay θ <90º; ang likido ay wets ang pader ng capillary at ang tubig ay tumataas sa pamamagitan ng maliliit na ugat, na obserbahan ang kababalaghan na kilala bilang capillarity.

Kapag ang isang patak ng tubig ay inilalagay sa ibabaw ng isang malinis na baso, ang tubig ay kumakalat sa baso, kaya ang θ = 0 at cos θ = 1.

Kung ang puwersa ng intermolecular cohesion ay nanaig sa likidong puwersa na pagdidikit ng likido-capillary, halimbawa sa mercury, ang meniskus ay matambok at ang anggulo θ ay magkakaroon ng halaga> 90º; ang mercury ay hindi basa ang pader ng capillary at sa gayon ay pinapatakbo ang panloob na dingding nito.

Kapag ang isang patak ng mercury ay inilalagay sa ibabaw ng isang malinis na baso, ang patak ay nagpapanatili ng hugis nito at ang anggulo θ = 140º.

-Hindi

Ang tubig ay tumataas sa pamamagitan ng capillary tube hanggang sa pag-abot sa isang taas (h), kung saan ang bigat ng haligi ng tubig ay pinapawi ang patayong bahagi ng intermolecular na kohesion na puwersa.

Habang tumataas ang tubig, may darating na isang punto kung saan ititigil ng gravity ang pag-akyat nito, kahit na sa pag-igting sa ibabaw na gumagana sa iyong pabor.

Kapag nangyari ito, ang mga molekula ay hindi maaaring magpatuloy "umakyat" sa mga panloob na pader, at lahat ng mga puwersang pisikal ay magkakapantay. Sa isang banda mayroon kang mga puwersa na nagtataguyod ng pagtaas ng tubig, at sa kabilang banda ang iyong sariling bigat ay itinulak ito pababa.

Batas ni Jurin

Maaari itong isulat sa matematika tulad ng sumusunod:

2 π rϒcosθ = ρgπr ² h

Kung saan ang kaliwang bahagi ng ekwasyon ay nakasalalay sa pag-igting sa ibabaw, na ang kalakhan ay nauugnay din sa cohesion o intermolecular na puwersa; Ang Cosθ ay kumakatawan sa anggulo ng contact, at r ang radius ng butas kung saan tumataas ang likido.

At sa kanang bahagi ng equation mayroon tayong taas h, ang puwersa ng gravity g, at ang density ng likido; na magiging tubig.

Paglutas pagkatapos para sa h mayroon tayo

h = (2ϒcosθ / ρgr)

Ang pagbabalangkas na ito ay kilala bilang Batas ng Jurin, na tumutukoy sa taas na naabot ng haligi ng likido, sa tubillary tube, kapag ang bigat ng haligi ng likido ay balanse sa lakas ng pag-akyat ng aksyon ng capillary.

-Surface tensyon

Ang tubig ay isang molekula ng dipole, dahil sa electronegativity ng oxygen atom at geometry ng molekular. Ito ay nagiging sanhi ng bahagi ng molekula ng tubig kung saan matatagpuan ang oxygen na maging negatibong sisingilin, habang ang bahagi ng molekula ng tubig, na naglalaman ng 2 mga hydrogen atoms, ay nagiging positibong sisingilin.

Ang mga molekula sa likido ay nakikipag-ugnay salamat sa pamamagitan ng maraming mga hydrogen bond, na magkasama silang magkasama. Gayunpaman, ang mga molekula ng tubig na nasa tubig: air interface (ibabaw), ay napapailalim sa isang pag-akit ng net sa pamamagitan ng mga molekula ng sinus ng likido, hindi pinapagpalit ng mahina na pang-akit ng mga molekula ng hangin.

Samakatuwid, ang mga molekula ng tubig sa interface ay isinailalim sa isang kaakit-akit na puwersa na may posibilidad na alisin ang mga molekula ng tubig mula sa interface; sa madaling salita, ang mga bono ng hydrogen na nabuo kasama ang mga molekula sa ibaba ay kinakaladkad ang mga nasa ibabaw. Kaya, ang pag-igting sa ibabaw ay naglalayong bawasan ang ibabaw ng tubig: air interface.

Pakikipag-ugnay sa h

Kung titingnan natin ang equation ng batas ng Jurin, malalaman natin na ang h ay direktang proporsyonal sa ϒ; samakatuwid, ang mas mataas na pag-igting ng ibabaw ng likido, mas mataas ang taas na maaaring itaas ng isang maliliit na ugat o butas ng isang materyal.

Sa ganitong paraan, inaasahan na para sa dalawang likido, A at B, na may iba't ibang mga tensyon sa ibabaw, ang isa na may mas mataas na pag-igting sa ibabaw ay babangon sa isang mas mataas na taas.

Maaari itong tapusin na may paggalang sa puntong ito na ang isang mataas na pag-igting sa ibabaw ay ang pinakamahalagang katangian na tumutukoy sa pag-aari ng capillary ng isang likido.

-Radius ng capillary o butas na kung saan tumataas ang likido

Ang pagmamasid sa Batas ng Jurin ay nagpapahiwatig na ang taas na maabot ng isang likido sa isang maliliit na ugat o butas ay hindi sukat sa proporsyon ng pareho.

Samakatuwid, ang mas maliit na radius, mas malaki ang taas na naabot ng likido na haligi sa pamamagitan ng aksyon ng maliliit na ugat. Ito ay makikita nang direkta sa imahe kung saan ang tubig ay inihambing sa mercury.

Sa isang glass tube na may isang radius na 0.05 mm radius, ang haligi ng tubig bawat capillarity ay aabot sa taas na 30 cm. Sa mga capillary tubes na may radius na 1 µm na may suction pressure na 1.5 x 10 ³ hPa (na katumbas ng 1.5 atm) ay tumutugma sa isang pagkalkula ng taas ng haligi ng tubig na 14 hanggang 15 m.

Ito ay halos kapareho sa kung ano ang mangyayari sa mga dayami na umiikot sa kanilang sarili nang maraming beses. Ang pagtulo ng likido ay lumilikha ng isang pagkakaiba sa presyon na nagdudulot ng pagtaas ng likido sa bibig.

Ang maximum na halaga ng taas ng haligi na naabot ng capillarity ay panteorya, dahil ang radius ng mga capillary ay hindi maaaring mabawasan lampas sa isang tiyak na limitasyon.

Batas ng Poiseuille

Itinataguyod nito na ang daloy ng isang tunay na likido ay ibinibigay ng mga sumusunod na expression:

Q = (Abril ⁴ / 8ηl) ΔP

Kung saan ang Q ay ang daloy ng likido, η ang lapot nito, l ang haba ng tubo, at ang ΔP ang pagkakaiba ng presyon.

Tulad ng pagbaba ng radius ng isang capillary, ang taas ng haligi ng likidong naabot ng capillarity ay dapat tumaas nang walang hanggan. Gayunpaman, itinuturo ni Poiseuille na habang bumababa ang radius, bumababa rin ang likido sa pamamagitan ng capillary na iyon.

Gayundin, ang lagkit, na kung saan ay isang sukatan ng paglaban sa daloy ng isang tunay na likido, ay higit pang babawasan ang daloy ng likido.

-Pang-ugnay na anggulo (θ)

Ang mas mataas na halaga ng cosθ, mas mataas ang taas ng haligi ng tubig sa bawat kakayahan, tulad ng ipinahiwatig ng Batas ni Jurin.

Kung ang θ ay maliit at papalapit sa zero (0), ang kosθ ay = 1, kaya ang halaga h ay magiging maximum. Sa kabilang banda, kung ang θ ay katumbas ng 90º, ang kosθ = 0 at ang halaga ng h = 0.

Kung ang halaga ng θ ay higit sa 90º, na kung saan ay ang kaso ng convex meniskus, ang likido ay hindi tumaas sa pamamagitan ng kakayahan at ang pagkahilig nito ay bumaba (tulad ng nangyayari sa mercury).

Kakayahang tubig

Ang tubig ay may halaga ng pag-igting sa ibabaw na 72.75 N / m, medyo mataas kumpara sa mga halaga para sa pag-igting sa ibabaw ng mga sumusunod na likido:

-Acetone: 22.75 N / m

-Ethyl alkohol: 22.75 N / m

-Hexan: 18.43 N / m

-Methanol: 22.61 N / m.

Samakatuwid, ang tubig ay may katangi-tanging pag-igting sa ibabaw, na pinapaboran ang pag-unlad ng kababalaghan sa capillarity kaya kinakailangan para sa pagsipsip ng tubig at nutrisyon ng mga halaman.

Sa mga halaman

Pinagmulan: Pixabay

Ang kakayahan ay isang mahalagang mekanismo para sa pag-akyat ng sap sa pamamagitan ng xylem ng mga halaman, ngunit hindi sapat ang sarili nito upang maihatid ang dagta sa mga dahon ng mga puno.

Ang transpirasyon o pagsingaw ay isang mahalagang mekanismo sa pag-akyat ng sap sa pamamagitan ng xylem ng mga halaman. Ang mga dahon ay nawawalan ng tubig sa pamamagitan ng pagsingaw, na bumubuo ng pagbawas sa dami ng mga molekula ng tubig, na nagiging sanhi ng isang akit ng mga molekula ng tubig na naroroon sa mga capillary tubes (xylem).

Ang mga molekula ng tubig ay hindi kumikilos nang nakapag-iisa sa bawat isa, ngunit sa halip ay nakikipag-ugnay sa pamamagitan ng mga pwersa ng Van der Waals, na nagiging sanhi ng mga ito na umakyat na nakatali sa pamamagitan ng mga capillary ng mga halaman patungo sa mga dahon.

Bilang karagdagan sa mga mekanismong ito, dapat tandaan na ang mga halaman ay sumipsip ng tubig mula sa lupa sa pamamagitan ng osmosis at na ang isang positibong presyon na nabuo sa ugat, ay nagtutulak ng pagsisimula ng pagtaas ng tubig sa pamamagitan ng mga capillary ng halaman.

Mga Sanggunian

1. García Franco A. (2010). Mababaw na mga phenomena. Nabawi mula sa: sc.ehu.es
2. Mga phenomena ng pang-ibabaw: pag-igting sa ibabaw at pagiging maliliit. . Nabawi mula sa: ugr.es
3. Wikipedia. (2018). Kakayahan. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org
4. Si Risvhan T. (nd) Kakayahan sa mga halaman. Nabawi mula sa: academia.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Disyembre 22, 2018). Pagkilos ng Capillary: Kahulugan at Mga Halimbawa. Nabawi mula sa: thoughtco.com
6. Ellen Ellis M. (2018). Pagkilos ng Capillary ng Tubig: Kahulugan at Mga Halimbawa. Pag-aaral. Nabawi mula sa: study.com
7. Kawani ng ScienceStruck. (Hulyo 16, 2017). Mga Halimbawa na Nagpapaliwanag ng Konsepto at Kahulugan ng Aksyon na Capillary. Nabawi mula sa: sciencestruck.com