CAPILLARITY: ĐẶC ĐIỂM VÀ VÍ DỤ TRONG NƯỚC - HÓA HỌC - 2026

Tính mao dẫn là một đặc tính của chất lỏng cho phép chúng di chuyển các lỗ hình ống hoặc bề mặt xốp ngay cả khi chống lại trọng lực. Muốn vậy, cần phải có sự cân bằng và phối hợp của hai lực liên quan đến các phân tử của chất lỏng: lực dính và lực dính; hai thứ này có một phản xạ vật lý gọi là sức căng bề mặt.

Chất lỏng cần có khả năng làm ướt các thành bên trong của ống hoặc các lỗ rỗng của vật liệu mà nó đi qua. Điều này xảy ra khi lực dính (thành ống mao dẫn lỏng) lớn hơn lực dính giữa các phân tử. Do đó, các phân tử của chất lỏng tạo ra tương tác với các nguyên tử của vật liệu (thủy tinh, giấy, v.v.) mạnh hơn với nhau.

Nguồn: MesserWoland qua Wikipedia

Ví dụ cổ điển về hiện tượng mao dẫn được minh họa khi so sánh tính chất này đối với hai chất lỏng rất khác nhau: nước và thủy ngân.

Trong hình ảnh trên, có thể thấy rằng nước dâng lên thành ống, nghĩa là nó có lực bám dính lớn hơn; trong khi với thủy ngân thì điều ngược lại xảy ra, bởi vì lực dính của nó, của liên kết kim loại, ngăn nó làm ướt thủy tinh.

Vì lý do này, nước tạo thành mặt khum lõm, và thủy ngân là mặt khum lồi (hình vòm). Cũng cần lưu ý rằng bán kính của ống hoặc tiết diện mà chất lỏng đi qua càng nhỏ thì chiều cao hoặc quãng đường đi được càng lớn (so sánh chiều cao của các cột nước đối với cả hai ống).

Đặc điểm điện dung

- Bề mặt của chất lỏng

Bề mặt của chất lỏng, có thể nói là nước, trong ống mao dẫn là lõm; tức là mặt khum bị lõm. Tình huống này xảy ra do kết quả của các lực tác dụng lên các phân tử nước gần thành ống là hướng về phía nó.

Trong mọi mặt khum có một góc tiếp xúc (θ), là góc mà thành của ống mao dẫn tạo với một đường thẳng tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng tại điểm tiếp xúc.

Lực kết dính và lực kết dính

Nếu lực dính của chất lỏng vào thành mao quản trội hơn lực dính giữa các phân tử thì góc là θ <90º; Chất lỏng làm thấm thành mao quản và nước dâng lên qua ống mao dẫn, quan sát hiện tượng này gọi là hiện tượng mao dẫn.

Khi đặt một giọt nước lên bề mặt của một tấm kính sạch, nước sẽ lan ra trên tấm kính, do đó θ = 0 và cos θ = 1.

Nếu lực dính liên phân tử chiếm ưu thế hơn lực dính thành mao quản chất lỏng, ví dụ trong thủy ngân, mặt khum sẽ lồi và góc θ sẽ có giá trị> 90º; thủy ngân không làm ướt thành mao quản và do đó chảy xuống thành bên trong của nó.

Khi đặt một giọt thuỷ ngân lên mặt thuỷ tinh sạch thì giọt thuỷ tinh vẫn giữ nguyên hình dạng và góc θ = 140º.

-Chiều cao

Nước dâng lên qua ống mao dẫn cho đến khi đạt độ cao (h), trong đó trọng lượng của cột nước bù với thành phần thẳng đứng của lực liên kết giữa các phân tử.

Khi nhiều nước dâng lên, sẽ đến một điểm mà lực hấp dẫn sẽ dừng sự đi lên của nó, ngay cả khi sức căng bề mặt có lợi cho bạn.

Khi điều này xảy ra, các phân tử không thể tiếp tục “leo lên” các bức tường bên trong, và tất cả các lực vật lý sẽ cân bằng. Một mặt bạn có lực đẩy nước dâng lên, mặt khác trọng lượng của chính bạn đẩy nó xuống.

Luật Jurin

Điều này có thể được viết dưới dạng toán học như sau:

2 π rϒcosθ = ρgπr ² giờ

Trong đó vế trái của phương trình phụ thuộc vào sức căng bề mặt, độ lớn của nó cũng liên quan đến lực dính hoặc lực liên phân tử; Cosθ đại diện cho góc tiếp xúc và r là bán kính của lỗ mà chất lỏng dâng lên.

Và ở vế phải của phương trình ta có độ cao h, lực hấp dẫn g, và khối lượng riêng của chất lỏng; đó sẽ là nước.

Giải quyết sau đó cho h chúng ta có

h = (2ϒcosθ / ρgr)

Công thức này được gọi là Định luật Jurin, xác định chiều cao đạt được của cột chất lỏng, trong ống mao dẫn, khi trọng lượng của cột chất lỏng cân bằng với lực đẩy lên do tác động của ống mao dẫn.

-Sức căng bề mặt

Nước là một phân tử lưỡng cực, do độ âm điện của nguyên tử oxy và hình học phân tử của nó. Điều này làm cho phần phân tử nước nơi chứa oxy trở nên tích điện âm, trong khi phần phân tử nước, chứa 2 nguyên tử hydro, trở nên tích điện dương.

Các phân tử trong chất lỏng tương tác nhờ vào điều này thông qua nhiều liên kết hydro, giữ chúng lại với nhau. Tuy nhiên, các phân tử nước ở trong nước: mặt phân cách (bề mặt) không khí, chịu một lực hút thuần bởi các phân tử của xoang chất lỏng, không được bù bằng lực hút yếu với các phân tử không khí.

Do đó, các phân tử nước ở mặt phân cách chịu một lực hấp dẫn có xu hướng tách các phân tử nước ra khỏi mặt phân cách; nói cách khác, các liên kết hydro được hình thành với các phân tử ở phía dưới kéo theo các liên kết trên bề mặt. Do đó, sức căng bề mặt tìm cách làm giảm bề mặt của mặt nước: không khí.

Mối quan hệ với h

Nếu chúng ta nhìn vào phương trình định luật Jurin, chúng ta sẽ thấy rằng h tỷ lệ thuận với ϒ; do đó, sức căng bề mặt của chất lỏng càng cao thì chiều cao có thể nâng lên bởi mao quản hoặc lỗ xốp của vật liệu càng lớn.

Theo cách này, dự kiến ​​rằng đối với hai chất lỏng, A và B, có sức căng bề mặt khác nhau, chất lỏng có sức căng bề mặt lớn hơn sẽ lên độ cao lớn hơn.

Về điểm này, có thể kết luận rằng sức căng bề mặt lớn là đặc điểm quan trọng nhất xác định tính chất mao dẫn của chất lỏng.

- Bán kính của mao quản hoặc lỗ thông mà chất lỏng dâng lên

Quan sát của Định luật Jurin chỉ ra rằng chiều cao mà chất lỏng đạt tới trong ống mao dẫn hoặc lỗ rỗng tỷ lệ nghịch với bán kính của cùng.

Do đó, bán kính càng nhỏ thì chiều cao mà cột chất lỏng đạt được do hoạt động của mao quản càng lớn. Điều này có thể được nhìn thấy trực tiếp trong hình ảnh mà nước được so sánh với thủy ngân.

Trong ống thuỷ tinh có bán kính 0,05 mm, cột nước mỗi mao dẫn sẽ đạt chiều cao là 30 cm. Trong ống mao dẫn có bán kính 1 µm với áp suất hút 1,5 x 10 ³ hPa (tương đương với 1,5 atm) tương ứng với phép tính chiều cao của cột nước là 14 đến 15 m.

Điều này rất giống với những gì xảy ra với những ống hút tự bật nhiều lần. Việc nhấm nháp chất lỏng tạo ra sự chênh lệch áp suất làm chất lỏng trào lên miệng.

Giá trị chiều cao lớn nhất của cột đạt được theo độ mao dẫn là giá trị lý thuyết, vì bán kính của các ống mao dẫn không thể giảm quá một giới hạn nhất định.

Định luật Poiseuille

Điều này chứng tỏ rằng dòng chảy của một chất lỏng thực được cho bởi biểu thức sau:

Q = (πr ⁴ / 8ηl) ΔP

Trong đó Q là lưu lượng của chất lỏng, η là độ nhớt của nó, l là chiều dài của ống và ΔP là chênh lệch áp suất.

Khi bán kính của ống mao dẫn giảm đi, chiều cao của cột chất lỏng đạt được bằng mao quản sẽ tăng lên vô hạn. Tuy nhiên, Poiseuille chỉ ra rằng khi bán kính giảm, lưu lượng chất lỏng qua mao quản đó cũng giảm theo.

Ngoài ra, độ nhớt, là thước đo lực cản đối với dòng chảy của chất lỏng thực, sẽ làm giảm thêm dòng chảy của chất lỏng.

- Góc tiếp xúc (θ)

Giá trị của cosθ càng lớn thì chiều cao của cột nước trên mỗi mao quản càng lớn, như được chỉ ra bởi Định luật Jurin.

Nếu θ nhỏ và tiến tới không (0) thì cosθ là = 1, do đó giá trị h sẽ lớn nhất. Ngược lại, nếu θ bằng 90º thì cosθ = 0 và giá trị của h = 0.

Khi giá trị của θ lớn hơn 90º, là trường hợp của mặt khum lồi, chất lỏng không tăng theo mao dẫn và xu hướng của nó là hạ xuống (như xảy ra với thủy ngân).

Dung tích của nước

Nước có giá trị sức căng bề mặt là 72,75 N / m, tương đối cao so với giá trị sức căng bề mặt của các chất lỏng sau:

-Axeton: 22,75 N / m

- Rượu etylic: 22,75 N / m

-Hexan: 18,43 N / m

- Etanol: 22,61 N / m.

Do đó, nước có sức căng bề mặt đặc biệt, tạo điều kiện cho sự phát triển của hiện tượng mao dẫn rất cần thiết cho sự hấp thụ nước và chất dinh dưỡng của thực vật.

Trong thực vật

Nguồn: Pixabay

Capillarity là một cơ chế quan trọng để nhựa cây đi lên qua xylem của thực vật, nhưng bản thân nó không đủ để cung cấp nhựa cây đến lá cây.

Thoát hơi nước hoặc thoát hơi nước là một cơ chế quan trọng trong quá trình đi lên của nhựa cây qua xylem của thực vật. Lá mất nước do bay hơi, làm giảm lượng phân tử nước, gây ra lực hút các phân tử nước có trong mao quản (xylem).

Các phân tử nước không hoạt động độc lập với nhau, mà tương tác bởi lực Van der Waals, khiến chúng đi lên liên kết với nhau qua các mao dẫn của cây về phía lá.

Ngoài những cơ chế này, cần lưu ý rằng thực vật hấp thụ nước từ đất bằng cách thẩm thấu và áp suất dương được tạo ra trong rễ sẽ thúc đẩy sự bắt đầu dâng nước qua các mao quản của cây.

Người giới thiệu

1. García Franco A. (2010). Những hiện tượng bề ngoài. Khôi phục từ: sc.ehu.es
2. Hiện tượng bề mặt: sức căng bề mặt và độ mao dẫn. . Phục hồi từ: ugr.es
3. Wikipedia. (2018). Điện dung. Phục hồi từ: es.wikipedia.org
4. Risvhan T. (nd) Khả năng sinh sản ở thực vật. Phục hồi từ: academia.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 22 tháng 12 năm 2018). Hành động mao dẫn: Định nghĩa và Ví dụ. Phục hồi từ: thinkco.com
6. Ellen Ellis M. (2018). Hoạt động mao dẫn của nước: Định nghĩa & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com
7. Nhân viên ScienceStruck. (Ngày 16 tháng 7 năm 2017). Ví dụ giải thích khái niệm và ý nghĩa của hoạt động mao dẫn. Phục hồi từ: sciencestruck.com