Karakteristik kapilaritas dan contoh di dalam air



itu kapilaritas Ini adalah sifat cairan yang memungkinkan mereka bergerak melalui lubang tubular atau permukaan berpori bahkan melawan gaya gravitasi. Untuk ini, harus ada keseimbangan dan koordinasi dua kekuatan yang terkait dengan molekul cair: kohesi dan adhesi; memiliki dua refleksi fisik yang disebut tegangan permukaan.

Cairan tersebut harus dapat membasahi dinding bagian dalam tabung atau pori-pori bahan yang dilaluinya bergerak. Ini terjadi ketika gaya adhesi (dinding cair dari tabung kapiler) lebih besar dari gaya kohesi intermolekul. Akibatnya, molekul-molekul cair menciptakan interaksi yang lebih kuat dengan atom-atom material (kaca, kertas, dll.) Daripada di antara mereka.

Contoh klasik dari kapilaritas diilustrasikan dalam perbandingan sifat ini untuk dua cairan yang sangat berbeda: air dan merkuri.

Gambar atas menunjukkan bahwa air naik melalui dinding tabung, yang berarti memiliki daya rekat yang lebih tinggi; sementara yang sebaliknya terjadi dengan merkuri, karena kekuatan ikatan logamnya yang kohesif mencegahnya membasahi kaca.

Untuk alasan ini air membentuk meniskus cekung, dan air raksa meniskus cembung (berbentuk kubah). Juga harus dicatat bahwa semakin kecil jari-jari tabung atau bagian yang dilewati cairan, semakin besar tinggi atau jarak yang ditempuh (bandingkan ketinggian kolom air untuk kedua tabung).

Indeks

  • 1 Karakteristik kapilaritas
    • 1.1 - Permukaan cairan
    • 1.2 -Tinggi
    • 1.3 -tegangan permukaan
    • 1.4 -Radio kapiler atau pori tempat cairan naik
    • 1.5 - Sudut kontak (θ)
  • 2 Kapilaritas air
    • 2.1 Pada tanaman
  • 3 Referensi

Karakteristik kapilaritas

-Permukaan cairan

Permukaan cairan, untuk mengatakan air, di kapiler adalah cekung; artinya, meniskus itu cekung. Situasi ini terjadi karena resultan dari gaya yang diberikan pada molekul air di dekat dinding tabung diarahkan ke arah ini.

Pada semua meniskus terdapat sudut kontak (θ), yaitu sudut yang membentuk dinding tabung kapiler dengan garis singgung permukaan cairan pada titik kontak.

Daya rekat dan kohesi

Jika gaya adhesi cairan ke dinding kapiler menang atas gaya kohesi antarmolekul, maka sudutnya adalah θ < 90º; el líquido moja la pared capilar y el agua asciende por el capilar, observándose el fenómeno conocido como capilaridad.

Ketika setetes air ditempatkan pada permukaan gelas yang bersih, air menyebar ke gelas, sehingga θ = 0 dan cos θ = 1.

Jika gaya kohesi antarmolekul menang atas kekuatan adhesi dinding-cair kapiler, misalnya dalam merkuri, meniskus akan menjadi cembung dan sudut θ akan memiliki nilai> 90º; merkuri tidak membasahi dinding kapiler dan karena itu turun melalui dinding bagian dalamnya.

Ketika setetes air raksa ditempatkan pada permukaan gelas bersih, tetesan itu mempertahankan bentuk dan sudutnya θ = 140º.

-Tinggi

Air naik melalui tabung kapiler untuk mencapai ketinggian (h), di mana berat kolom air mengkompensasi komponen vertikal dari gaya kohesi antarmolekul..

Semakin banyak air naik, akan datang titik di mana gravitasi akan menghentikan kenaikannya, bahkan dengan tegangan permukaan yang menguntungkan Anda.

Ketika ini terjadi, molekul-molekul tidak dapat terus "memanjat" dinding bagian dalam, dan semua kekuatan fisik disamakan. Di satu sisi Anda memiliki kekuatan yang mendorong naiknya air, dan di sisi lain berat Anda sendiri mendorongnya ke bawah.

Hukum Jurin

Ini dapat ditulis secara matematis sebagai berikut:

2 π rΥcosθ = ρgπr2h

Di mana sisi kiri persamaan tergantung pada tegangan permukaan, yang besarnya juga terkait dengan kohesi atau gaya antarmolekul; Cosθ mewakili sudut kontak, dan r jari-jari lubang di mana cairan naik.

Dan di sisi kanan persamaan kita memiliki tinggi h, gaya gravitasi g, dan kepadatan cairan; itu adalah air.

Kliring maka kamu punya

h = (2Υcosθ / ρgr)

Formulasi ini dikenal sebagai Hukum Jurin, yang mendefinisikan ketinggian yang dicapai oleh kolom cair, dalam tabung kapiler, ketika berat kolom cair diimbangi dengan kekuatan kenaikan oleh kapilaritas.

-Ketegangan permukaan

Air adalah molekul dipolar, karena elektronegativitas atom oksigen dan geometri molekulnya. Ini menyebabkan bagian dari molekul air di mana oksigen berada bermuatan negatif, sedangkan bagian molekul air, yang mengandung 2 atom hidrogen, bermuatan positif.

Molekul-molekul dalam cairan berinteraksi berkat ini melalui berbagai ikatan hidrogen, menjaga mereka bersama. Namun, molekul air yang berada di antarmuka air: udara (permukaan), tunduk pada tarik neto oleh molekul-molekul sinus cair, tidak dikompensasi oleh tarik lemah dengan molekul udara..

Oleh karena itu, molekul air dari antarmuka mengalami gaya yang menarik yang cenderung menghilangkan molekul air dari antarmuka; yaitu, jembatan hidrogen yang terbentuk dengan molekul-molekul di bagian bawah menyeret molekul-molekul yang ada di permukaan. Dengan demikian, tegangan permukaan berusaha mengurangi permukaan air: antarmuka udara.

Hubungan dengan h

Jika Anda melihat persamaan hukum Jurin, Anda akan menemukan bahwa h berbanding lurus dengan Υ; oleh karena itu, semakin besar tegangan permukaan cairan, semakin besar tinggi yang dapat naik melalui kapiler atau pori suatu bahan..

Dengan demikian, dapat diharapkan bahwa untuk dua cairan, A dan B, dengan tegangan permukaan yang berbeda, yang dengan tegangan permukaan tertinggi naik ke ketinggian yang lebih tinggi..

Dapat disimpulkan dari titik ini bahwa tegangan permukaan yang tinggi adalah karakteristik paling penting yang mendefinisikan sifat kapiler cairan.

-Radius kapiler atau pori tempat cairan naik

Pengamatan Hukum Jurin menunjukkan bahwa ketinggian yang dicapai oleh cairan dalam kapiler atau pori berbanding terbalik dengan jari-jari yang sama..

Oleh karena itu, semakin kecil jari-jarinya, semakin besar ketinggian yang akan dicapai oleh kolom cair oleh aksi kapiler. Ini dapat dilihat langsung pada gambar di mana air dibandingkan dengan merkuri.

Dalam tabung gelas dengan jari-jari 0,05 mm, kolom air dengan kapilaritas akan mencapai ketinggian 30 cm. Dalam tabung kapiler dengan jari-jari 1 μm dengan tekanan hisap 1,5 x 103 hPa (yang sama dengan 1,5 atm) sesuai dengan perhitungan ketinggian kolom air dari 14 hingga 15 m.

Ini sangat mirip dengan apa yang terjadi dengan sedotan yang berputar sendiri beberapa kali. Dengan mengisap cairan, perbedaan tekanan dibuat yang menyebabkan cairan naik ke mulut.

Nilai ketinggian maksimum kolom yang dicapai oleh kapilaritas adalah teoretis, karena jari-jari kapiler tidak dapat dikurangi melampaui batas tertentu.

Hukum Poiseuille

Ini menetapkan bahwa aliran cairan nyata diberikan oleh ungkapan berikut:

Q = (πr4/ 8ηl) ΔP

Di mana Q adalah aliran cairan, η adalah viskositasnya, l panjang tabung, dan ΔP perbedaan tekanan.

Ketika mengurangi jari-jari kapiler, ketinggian kolom cairan yang dicapai oleh kapilaritas akan meningkat tanpa batas. Namun, Poiseuille menunjukkan bahwa mengurangi jari-jari juga mengurangi aliran cairan melalui kapiler itu.

Selain itu, viskositas, yang merupakan ukuran dari resistensi yang menentang aliran cairan nyata, selanjutnya akan mengurangi aliran cairan.

-Sudut kontak (θ)

Semakin tinggi nilai cosθ, semakin tinggi ketinggian kolom air oleh kapilaritas, seperti yang ditunjukkan oleh Hukum Jurin.

Jika θ kecil dan mendekati nol (0), cosθ adalah = 1, sehingga nilai h akan maksimum. Sebaliknya, jika θ sama dengan 90º, cosθ = 0 dan nilai h = 0.

Ketika nilai θ lebih besar dari 90º, yang merupakan kasus cembung meniskus, cairan tidak naik karena kapilaritas dan kecenderungannya menurun (seperti yang terjadi pada merkuri).

Kapilaritas air

Air memiliki nilai tegangan permukaan 72,75 N / m, relatif tinggi dibandingkan dengan nilai tegangan permukaan cairan berikut:

-Aseton: 22,75 N / m

-Etil alkohol: 22,75 N / m

-Heksana: 18,43 N / m

-Metanol: 22,61 N / m.

Oleh karena itu, air memiliki tegangan permukaan yang luar biasa, yang mendukung perkembangan fenomena kapiler sehingga diperlukan untuk penyerapan air dan nutrisi oleh tanaman..

Di tanaman

Kapilaritas merupakan mekanisme penting untuk munculnya getah oleh xilem tanaman, tetapi tidak cukup dengan sendirinya untuk membuat getah mencapai daun pohon.

Transpirasi atau penguapan merupakan mekanisme penting dalam pendakian getah oleh xilem tanaman. Daun kehilangan air karena penguapan, menghasilkan penurunan jumlah molekul air, yang menyebabkan tarikan molekul air yang ada dalam tabung kapiler (xilem).

Molekul air tidak bertindak secara independen satu sama lain, tetapi berinteraksi dengan kekuatan Van der Waals, yang menyebabkan mereka naik dihubungkan oleh tabung kapiler tanaman ke arah daun..

Selain mekanisme ini, perlu dicatat bahwa tanaman menyerap air dari tanah dengan osmosis dan bahwa tekanan positif yang dihasilkan pada akar, mendorong dimulainya pendakian air melalui kapiler tanaman.

Referensi

  1. García Franco A. (2010). Fenomena dangkal. Diperoleh dari: sc.ehu.es
  2. Fenomena permukaan: tegangan permukaan dan kapilaritas. [PDF] Diperoleh dari: ugr.es
  3. Wikipedia. (2018). Kapilaritas Diperoleh dari: en.wikipedia.org
  4. Risvhan T. (s.f) Kapilaritas pada tanaman Diperoleh dari: academia.edu
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Desember 2018). Tindakan Kapiler: Definisi dan Contoh. Diperoleh dari: thoughtco.com
  6. Ellen Ellis M. (2018). Aksi Kapiler Air: Definisi & Contoh. Belajar. Diperoleh dari: study.com
  7. Staf ScienceStruck. (16 Juli 2017). Contoh Yang Menjelaskan Konsep dan Arti Aksi Kapiler. Diperoleh dari: sciencestruck.com