Προσκόλληση vs Συνοχή

Η προσκόλληση και η συνοχή είναι δύο τύποι έλξης μεταξύ ατόμων και μορίων. Οι δύο λέξεις ακούγονται παρόμοιες, αλλά σημαίνουν διαφορετικά πράγματα.

• Συγκόλληση είναι η έλξη μεταξύ διαφορετικών τύπων μορίων.
• Συνοχή είναι η έλξη μεταξύ του ίδιου τύπου μορίων.
• Η συνοχή κάνει τα υγρά να συστέλλονται στη μικρότερη δυνατή επιφάνεια. Αυτή είναι η επιφανειακή τάση.
• Η δράση του μηνίσκου και των τριχοειδών εξαρτώνται από την πρόσφυση και τη συνοχή.

Τόσο η προσκόλληση όσο και η συνοχή εμφανίζονται λόγω διαμοριακών δυνάμεων. Το νερό έχει υψηλή συνοχή σε μεγάλο βαθμό επειδή τα μόρια του νερού σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με άλλα μόρια νερού. Το νερό έχει υψηλή πρόσφυση στις πολικές επιφάνειες λόγω των μερικών ηλεκτρικών φορτίων στα μόρια. Από την άλλη πλευρά, το νερό έχει χαμηλή πρόσφυση σε μη πολικές επιφάνειες επειδή δεν υπάρχει τίποτα εκεί που να προσελκύει τα μόρια του νερού. Για παράδειγμα, το νερό έχει υψηλή πρόσφυση στο γυαλί, αλλά χαμηλή πρόσφυση στο κερωμένο χαρτί.

Παραδείγματα προσκόλλησης και συνοχής

Η προσκόλληση συμβαίνει όταν τα μόρια έλκονται από διαφορετικά μόρια. Κυρίως, αυτό προκύπτει από διαμοριακές δυνάμεις, όπως οι δεσμοί υδρογόνου, οι δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου και οι δυνάμεις van der Waals. Ωστόσο, μερικές φορές οι επιφάνειες κολλάνε μεταξύ τους λόγω της φυσικής τους δομής.

Ακολουθούν παραδείγματα πρόσφυσης:

• Η ταινία κολλάει στο χαρτί
• Μέλι κολλάει στα δάχτυλά σας
• Οι σταγόνες δροσιάς προσκολλώνται σε μια άκρη φύλλου
• Σταγόνες νερού κολλάνε σε ένα παράθυρο χωρίς να πέφτουν
• Νερό βρέχει μια πλαστική σανίδα κοπής
• Ο υδράργυρος διαβρέχει μια μεταλλική επιφάνεια

Η συνοχή εμφανίζεται όταν τα άτομα ή τα μόρια βιώνουν έλξη προς τον εαυτό τους. Αυτό συμβαίνει σε ενώσεις ικανές να σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου και σε μέταλλα.

Ακολουθούν παραδείγματα συνοχής:

• Χάντρες που σχηματίζουν νερό σε ένα παράθυρο
• Χάντρες που σχηματίζουν υδράργυρο σε γυάλινο δοχείο
• Ο υδράργυρος κολλάει στον εαυτό του καθώς ρέει
• Διαδρομές νερού που επιπλέουν στο νερό (από την υψηλή επιφανειακή τάση που προκύπτει από τη συνοχή)

Μέρος του λόγου που οι άνθρωποι δυσκολεύονται να διατηρήσουν την πρόσφυση και τη συνοχή ευθεία είναι επειδή και οι δύο διαδικασίες συμβαίνουν ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, μια σταγόνα νερού που κολλάει σε ένα παράθυρο απεικονίζει και τις δύο έννοιες. Το ότι το νερό σχηματίζει στρογγυλεμένο σχήμα είναι ένα παράδειγμα συνοχής. Το ότι η σταγόνα κολλάει στο γυαλί αντί να πέσει αμέσως δείχνει πρόσφυση.

Συγκόλληση, συνοχή και μηνίσκος

Ο μηνίσκος είναι η καμπύλη γραμμή που σχηματίζεται στην επάνω επιφάνεια ενός υγρού σε ένα δοχείο. Το σχήμα του μηνίσκου εξαρτάται από τη διαφορά μεταξύ της πρόσφυσης μεταξύ του υγρού και της επιφάνειας του δοχείου και της συνοχής μεταξύ των μορίων του υγρού.

• Ένας κοίλος μηνίσκος σχηματίζεται όταν το υγρό έλκεται περισσότερο από το δοχείο του παρά από τον εαυτό του. Με άλλα λόγια, η πρόσφυση είναι μεγαλύτερη από τη συνοχή. Το νερό σε γυάλινο σωλήνα έχει κοίλο μηνίσκο, παρόλο που έχει υψηλή συνοχή.
• Ένας κυρτός μηνίσκος σχηματίζεται όταν το υγρό έλκεται περισσότερο από τον εαυτό του παρά από το δοχείο του. Η συνοχή είναι μεγαλύτερη από την πρόσφυση. Ο υδράργυρος σε γυάλινο δοχείο έχει κυρτό μηνίσκο.
• Ένας επίπεδος μηνίσκος εμφανίζεται όταν η πρόσφυση και η συνοχή βρίσκονται σε ισορροπία. Το νερό σε ένα πλαστικό δοχείο έχει σχεδόν επίπεδο μηνίσκο.

Σημειώστε ότι η καμπύλη του μηνίσκου εξαρτάται και από το πόσο στενά είναι τα τοιχώματα του δοχείου. Η καμπύλη είναι πιο έντονη σε λεπτούς σωλήνες.

Σχέση συνοχής και πρόσφυσης με την επιφανειακή τάση

Επιφανειακή τάση είναι η τάση στην εξωτερική μεμβράνη ενός υγρού που ελαχιστοποιεί την επιφάνειά του. Περιγράφει τη σχέση μεταξύ συνοχής και πρόσφυσης. Ένα εξαιρετικό παράδειγμα επιφανειακής τάσης είναι η ελαφρά υπερπλήρωση ενός ποτηριού νερού. Το νερό σχηματίζει μια στρογγυλεμένη ή κυρτή επιφάνεια πέρα ​​από το χείλος του γυαλιού λόγω της υψηλής επιφανειακής τάσης του. Το νερό υπεργεμίζει το ποτήρι και επειδή έχει υψηλή συνοχή και επειδή έχει υψηλή πρόσφυση.

Η επιφανειακή τάση οφείλεται κυρίως στη συνοχή μεταξύ ομοίων μορίων. Έτσι, ένα υγρό υψηλής συνοχής, όπως το νερό, έχει επίσης υψηλή επιφανειακή τάση. Ομοίως, ο υδράργυρος έχει υψηλή επιφανειακή τάση.

Το αν ένα υγρό βρέχει ή όχι μια επιφάνεια εξαρτάται από την επιφανειακή της τάση. Τα επιφανειοδραστικά και άλλοι διαβρεκτικοί παράγοντες μειώνουν την επιφανειακή τάση. Για παράδειγμα, οι πάπιες και οι χήνες είναι βαρύτερες από το νερό, ωστόσο επιπλέουν σε αυτό λόγω της υψηλής επιφανειακής τάσης του νερού. Το νερό δεν βρέχει τα φτερά τους γιατί η συνοχή του νερού υπερβαίνει την πρόσφυση στα λιπαρά φτερά. Η προσθήκη ενός τασιενεργού, όπως το σαπούνι, μειώνει την επιφανειακή τάση. Οι πάπιες και οι χήνες βυθίζονται σε σαπουνόνερο. Ορισμένες επιφανειακές επεξεργασίες αλλάζουν τη φύση της επιφάνειας, αυξάνοντας την πρόσφυση μεταξύ του υγρού και της επιφάνειας.

Τριχοειδής δράση

Η τριχοειδική δράση είναι ένα άλλο φαινόμενο που βασίζεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ πρόσφυσης και συνοχής. Σε τριχοειδή δράση, ένα υγρό ταξιδεύει μέσω ενός στενού σωλήνα, μερικές φορές ενάντια στη δύναμη της βαρύτητας. Η τριχοειδική δράση εμφανίζεται όταν η πρόσφυση κολλάει το υγρό στο τοίχωμα του δοχείου και η συνοχή τραβάει άλλα μόρια υγρού κατά τη διάρκεια της διαδρομής.

Εάν τοποθετήσετε έναν τριχοειδή σωλήνα σε όρθια θέση σε ένα δοχείο με νερό, το νερό ανεβαίνει στον σωλήνα μέσω τριχοειδούς δράσης σε ένα επίπεδο υψηλότερο από την επιφάνεια. Από την άλλη πλευρά, εάν τοποθετήσετε έναν τριχοειδή σωλήνα σε ένα δοχείο με υδράργυρο, το επίπεδο υδραργύρου μέσα στο σωλήνα είναι χαμηλότερο από την επιφάνεια. Η υψηλή συνοχή μεταξύ των ατόμων υδραργύρου αντλεί υγρό από το σωλήνα.

Αναφορές

• Kelly Reese, J. B.; Taylor, Μ. R.; Simon, Ε. J.; et al. (2020) Campbell Biology (12η έκδ.). Pearson. ISBN:978-0135188743.
• Kendall, Κ. (1994). «Συγκόλληση:Μόρια και Μηχανική». Επιστήμη . 263 (5154):1720–5. doi:10.1126/science.263.5154.1720
• Maeda, N.; Chen, Ν.; Tirrell, Μ.; Israelachvili, J.N. (2002). «Μηχανισμοί πρόσφυσης και τριβής επιφανειών πολυμερούς σε πολυμερές». Επιστήμη . 297 (5580):379–82. doi:10.1126/science.1072378
• Margenau, H.; Kestner, N.R. (1969). Θεωρία των Διαμοριακών Δυνάμεων . Διεθνής Σειρά Μονογραφιών στη Φυσική Φιλοσοφία. Τομ. 18 (1η έκδ.). Oxford:Pergamon Press. ISBN 978-0-08-016502-8.