Menisco (Chemie): Woraus besteht und welche Arten
Der Meniskus ist die Krümmung der Oberfläche einer Flüssigkeit. Es ist auch die freie Oberfläche einer Flüssigkeit in der Flüssigkeit-Luft-Grenzfläche. Flüssigkeiten zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein festes Volumen haben und nicht komprimierbar sind.
Die Form der Flüssigkeiten variiert jedoch entsprechend der Form des Behälters, in dem sie sich befinden. Diese Eigenschaft beruht auf der zufälligen Bewegung der Moleküle, die sie bilden.
Flüssigkeiten sind fließfähig, haben eine hohe Dichte und breiten sich schnell in anderen Flüssigkeiten aus, mit denen sie mischbar sind. Sie nehmen aufgrund der Schwerkraft den untersten Bereich des Behälters ein und hinterlassen im oberen Teil eine freie Oberfläche, die nicht ganz flach ist. Unter bestimmten Umständen können sie spezielle Formen wie Tropfen, Blasen und Blasen annehmen.
Die Eigenschaften von Flüssigkeiten wie Schmelzpunkt, Dampfdruck, Viskosität und Verdampfungswärme hängen von der Intensität der intermolekularen Kräfte ab, die Flüssigkeiten zusammenhalten.
Flüssigkeiten wirken jedoch auch durch Adhäsionskräfte mit dem Behälter zusammen. Der Meniskus entsteht dann aus diesen physikalischen Phänomenen: dem Unterschied zwischen den Kohäsionskräften zwischen den Teilchen der Flüssigkeit und der Adhäsion, die es ihnen ermöglicht, die Wände zu benetzen.
Was ist der Meniskus?
Wie gerade erklärt, ist der Meniskus das Ergebnis mehrerer physikalischer Phänomene, unter denen auch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit erwähnt werden kann.
Kohäsionskräfte
Kohäsionskräfte sind der physikalische Begriff, der die intermolekularen Wechselwirkungen innerhalb der Flüssigkeit erklärt. Im Falle von Wasser sind die Kohäsionskräfte auf die Dipol-Dipol-Wechselwirkung und die Wasserstoffbrücken zurückzuführen.
Das Wassermolekül ist bipolarer Natur. Dies liegt daran, dass der Sauerstoff im Molekül elektronegativ ist, da er eine größere Elektronenavidität als Wasserstoff aufweist, was bestimmt, dass Sauerstoff mit einer negativen Ladung verbleibt und die Wasserstoffatome positiv geladen sind.
Es besteht eine elektrostatische Anziehungskraft zwischen der negativen Ladung eines im Sauerstoff befindlichen Wassermoleküls und der positiven Ladung eines anderen im Wasserstoff befindlichen Wassermoleküls.
Diese Wechselwirkung ist die sogenannte Dipol-Dipol-Wechselwirkung oder Kraft, die zum Zusammenhalt der Flüssigkeit beiträgt.
Haftkräfte
Andererseits können Wassermoleküle mit Glaswänden interagieren, indem sie die Wasserstoffatome der Wassermoleküle, die sich stark an die Sauerstoffatome auf der Oberfläche des Glases binden, teilweise aufladen.
Dies stellt die Adhäsionskraft zwischen der Flüssigkeit und der starren Wand dar; Umgangssprachlich heißt es, dass die Flüssigkeit die Wand benetzt.
Wenn eine Silikonlösung auf die Oberfläche des Glases gegeben wird, imprägniert das Wasser das Glas nicht vollständig, sondern es bilden sich Tropfen, die sich leicht entfernen lassen. Somit wird angezeigt, dass mit dieser Behandlung die Adhäsionskraft zwischen dem Wasser und dem Glas abnimmt.
Ein sehr ähnlicher Fall tritt auf, wenn die Hände fettig sind und wenn sie in Wasser gewaschen werden, können Sie sehr definierte Tropfen auf der Haut sehen, anstatt feuchter Haut.
Arten von Meniskus
Es gibt zwei Arten von Meniskus: den konkaven und den konvexen. Im Bild ist die Konkavität A und die Konvexität B. Die gepunkteten Linien zeigen die korrekte Markierung beim Ablesen einer Volumenmessung an.
Konkav
Der konkave Meniskus ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktwinkel θ, der durch die Wand des Glases mit einer zum Meniskus tangierenden Linie gebildet wird und der in die Flüssigkeit eingeführt wird, einen Wert von weniger als 90 ° aufweist. Wenn eine Menge der Flüssigkeit auf das Glas gegeben wird, neigt sie dazu, sich auf der Oberfläche des Glases auszubreiten.
Das Vorhandensein eines konkaven Meniskus zeigt, dass die Kohäsionskräfte in der Flüssigkeit geringer sind als die Haftfestigkeit der Glaswand.
Daher badet oder benetzt die Flüssigkeit die Glaswand, wobei eine Menge Flüssigkeit zurückgehalten wird und der Meniskus konkav wird. Wasser ist ein Beispiel für eine Flüssigkeit, die einen konkaven Meniskus bildet.
Konvex
Im Falle des konvexen Meniskus hat der Kontaktwinkel θ einen Wert größer als 90 °. Quecksilber ist ein Beispiel für eine Flüssigkeit, die konvexe Menisken bildet. Wenn ein Quecksilbertropfen auf eine Glasoberfläche gegeben wird, hat der Kontaktwinkel & thgr; einen Wert von 140 °.
Die Beobachtung eines konvexen Meniskus zeigt, dass die Kohäsionskräfte der Flüssigkeit größer sind als die Adhäsionskraft zwischen der Flüssigkeit und der Glaswand. Es wird gesagt, dass die Flüssigkeit das Glas nicht benetzt.
Die oberflächlichen Kräfte des Zusammenhalts (flüssig-flüssig) und der Adhäsion (flüssig-fest) sind für viele Phänomene von biologischem Interesse verantwortlich; Dies ist der Fall bei Oberflächenspannung und Kapillarität.
Oberflächenspannung
Die Oberflächenspannung ist eine Nettoziehungskraft, die auf die Moleküle der Flüssigkeit, die sich auf der Oberfläche befindet, ausgeübt wird und dazu neigt, sie in die Flüssigkeit einzuführen.
Daher neigt die Oberflächenspannung dazu, die Flüssigkeit zusammenzuhalten und ihnen konkavere Menisken zu geben; oder mit anderen Worten: Diese Kraft neigt dazu, die Oberfläche der Flüssigkeit von der Glaswand zu entfernen.
Die Oberflächenspannung nimmt mit steigender Temperatur tendenziell ab, beispielsweise beträgt die Oberflächenspannung des Wassers bei 0 ° C 0, 076 N / m und bei 100 ° C 0, 059 N / m.
Währenddessen beträgt die Oberflächenspannung des Quecksilbers bei 20 ° C 0, 465 N / m. Dies würde erklären, warum Quecksilber konvexe Menisken bildet.
Kapillarität
Wenn der Kontaktwinkel & thgr; kleiner als 90 ° ist und die Flüssigkeit die Glaswand benetzt, kann die Flüssigkeit in den Glaskapillaren ansteigen, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Das Gewicht der Flüssigkeitssäule wird durch die vertikale Komponente der Kohäsionskraft aufgrund der Oberflächenspannung ausgeglichen. Die Adhäsionskraft greift nicht ein, da sie senkrecht zur Rohroberfläche steht.
Dieses Gesetz erklärt nicht, wie Wasser durch die Gefäße des Xylems von den Wurzeln zu den Blättern aufsteigen kann.
Tatsächlich spielen in diesem Zusammenhang noch andere Faktoren eine Rolle, zum Beispiel: Wenn Wasser in den Blättern verdunstet, können die Wassermoleküle im oberen Teil der Kapillaren abgesaugt werden.
Dadurch können andere Moleküle vom Boden der Kapillaren aufsteigen, um die Stelle der verdampften Wassermoleküle einzunehmen.
