प्रकृति में केशिका घटनाएँ कहाँ घटित होती हैं? गीलापन और केशिकात्व

केशिकात्व (अक्षांश से) कैपिलारिस - बाल) - भौतिक घटना, जिसमें ट्यूबों, मनमाने आकार के संकीर्ण चैनलों और छिद्रपूर्ण निकायों में स्तर को बदलने के लिए तरल पदार्थों की क्षमता शामिल है। तरल में वृद्धि उन मामलों में होती है जहां चैनल तरल पदार्थ से गीले होते हैं, उदाहरण के लिए, कांच की ट्यूबों में पानी, रेत, मिट्टी, आदि। तरल में कमी उन ट्यूबों और चैनलों में होती है जो तरल से गीले नहीं होते हैं, उदाहरण के लिए, पारा में कांच की नली. जानवरों और पौधों की जीवन गतिविधि, रासायनिक प्रौद्योगिकियां और रोजमर्रा की घटनाएं (उदाहरण के लिए, मिट्टी के दीपक में बाती के साथ मिट्टी का तेल उठाना, तौलिये से हाथ पोंछना) केशिकात्व पर आधारित हैं। मिट्टी की केशिकाता मिट्टी में पानी बढ़ने की दर से निर्धारित होती है और मिट्टी के कणों के बीच रिक्त स्थान के आकार पर निर्भर करती है। केशिकाएँ पतली नलिकाएँ होती हैं, साथ ही मानव शरीर और अन्य जानवरों में सबसे पतली वाहिकाएँ होती हैं।

तरल मेनिस्कस की वक्रता विशेष रूप से पतली नलियों में अच्छी तरह देखी जाती है जिन्हें कहा जाता है केशिकाएँयदि एक केशिका को तरल के साथ एक बर्तन में उतारा जाता है, जिसकी दीवारें तरल से गीली होती हैं, तो तरल केशिका के साथ एक निश्चित ऊंचाई तक बढ़ जाता है एच(चित्र 50.1)। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि तरल सतह की वक्रता अतिरिक्त आणविक दबाव का कारण बनती है। यदि सतह उत्तल है और गोलाकार है, तो अतिरिक्त दबाव होगा

चित्र 50.1

उत्तल मेनिस्कस (आर > 0) के मामले में, कुल दबाव वायुमंडलीय दबाव से अधिक होता है और तरल केशिका के माध्यम से उतरता है। यदि मेनिस्कस अवतल है (आर< 0), суммарное давление меньше атмосферного и жидкость поднимается по капилляру. Жидкость поднимается (или опускается) до тех пор, пока гидростатическое давление р = ρqh столба жидкости высотой h не компенсирует добавочное (Лапласовское) давление р л. (Лаплас установил зависимость этого давления от формы мениска.) В этом случае

जहां ρ तरल का घनत्व है; g गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है, r केशिका की त्रिज्या है, R मेनिस्कस की वक्रता की त्रिज्या है।

केशिका में द्रव के बढ़ने की ऊँचाई (उतने की गहराई):

.

§ 51. रोजमर्रा की जिंदगी, प्रकृति और प्रौद्योगिकी में केशिकात्व की घटना

रोजमर्रा की जिंदगी में केशिकात्व की घटना प्रकृति में होने वाली विभिन्न प्रकार की प्रक्रियाओं में बहुत बड़ी भूमिका निभाती है। उदाहरण के लिए, मिट्टी से पौधों, तनों और पत्तियों में नमी का प्रवेश केशिकात्व के कारण होता है। पादप कोशिकाएँ केशिका चैनल बनाती हैं, और केशिका की त्रिज्या जितनी छोटी होती है, तरल पदार्थ उतना ही अधिक ऊपर उठता है। रक्त परिसंचरण प्रक्रिया भी केशिकात्व से जुड़ी होती है। रक्त वाहिकाएँ केशिकाएँ होती हैं।

मृदा केशिकात्व विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। सबसे छोटे जहाजों के माध्यम से, गहराई से नमी मिट्टी की सतह पर मिल जाती है। यदि वे नमी के वाष्पीकरण को कम करना चाहते हैं, तो मिट्टी को ढीला कर दिया जाता है, जिससे केशिकाएं नष्ट हो जाती हैं। गहराई से नमी के प्रवाह को बढ़ाने के लिए, मिट्टी को रोल किया जाता है, जिससे केशिका चैनलों की संख्या बढ़ जाती है। प्रौद्योगिकी में, सुखाने की प्रक्रियाओं और निर्माण में केशिका घटना का बहुत महत्व है।

§ 52. किसी तरल पदार्थ की घुमावदार सतह के नीचे दबाव

एक गोलाकार उत्तल सतह तरल में निर्देशित आंतरिक तनाव बलों के कारण तरल पर अतिरिक्त दबाव पैदा करती है, आर गोले की त्रिज्या है। यदि किसी तरल की सतह अवतल है, तो परिणामी सतह तनाव बल तरल से बाहर निर्देशित होता है और दबाव तरल के अंदर होता है।

साबुन के बुलबुले की त्रिज्या के अंदर अत्यधिक दबाव आरएक पतली गोलाकार साबुन फिल्म की दोनों सतह परतों की क्रिया के कारण:

चित्र 52.1

सामान्य स्थिति में, एक मनमानी तरल सतह के लिए अतिरिक्त दबाव का वर्णन लाप्लास के सूत्र द्वारा किया जाता है:

, (52.1)

किसी दिए गए बिंदु पर तरल सतह के किन्हीं दो परस्पर लंबवत वर्गों की वक्रता त्रिज्याएँ कहाँ और हैं।

यदि संबंधित खंड का वक्रता केंद्र तरल पदार्थ के अंदर है तो वक्रता त्रिज्या सकारात्मक है, और यदि वक्रता केंद्र तरल पदार्थ के बाहर है तो नकारात्मक है।

पाठ मकसद:

• प्रकृति की सबसे महत्वपूर्ण घटनाओं और गुणों का अध्ययन - गीला करना, गीला न करना, केशिका घटनाएँ।

पाठ मकसद:

शैक्षिक: गीलेपन और गैर-गीलेपन की घटनाओं के साथ-साथ तरल पदार्थों की केशिकाता को गहराई से समझना, उनके अनुप्रयोग के दायरे को सीखना;

विकासात्मक: विद्यार्थियों में विकास करना रचनात्मक सोचऔर भाषण;

महत्वपूर्ण पदों:

गीलाएक सतही घटना है जिसमें सतह की परस्पर क्रिया शामिल होती है ठोस(अन्य तरल) तरल के साथ।

संपर्क कोण (गीलेपन की डिग्री दर्शाता है)- यह अंतरफलकीय सतहों के स्पर्शरेखा तलों द्वारा बनाया गया कोण है जो गीले द्रव को सीमित करता है, जबकि कोण का शीर्ष तीन चरणों की विभाजन रेखा पर स्थित होता है।

वीडियो तरल के केशिका प्रवाह को दर्शाता है

सतह की वक्रता तरल डीपी में अतिरिक्त केशिका दबाव की उपस्थिति की ओर ले जाती है, जिसका मान लाप्लास समीकरण द्वारा सतह की औसत वक्रता आर से संबंधित है: डीपी = पी1 - पी2 = 2एस12/आर, जहां (एस12 है) दो मीडिया पी1 और पी2 के इंटरफेस पर सतह तनाव इसके संपर्क में तरल 1 और माध्यम 2 में दबाव है।

अनुप्रयोगगीला करने से डिटर्जेंट के उपयोग की व्याख्या हो सकती है, यह तथ्य कि क्यों तेल या ग्रीस से सने हाथों को पानी की तुलना में गैसोलीन से धोना आसान होता है, साथ ही पानी से कुछ कलहंस सूखकर बाहर क्यों आते हैं, आदि। केशिका घटना की व्याख्या में होती है पौधों और केशिकाओं में पानी की गति। और मिट्टी की खेती करते समय भी। उदाहरण के लिए: ढीलापन आदि द्वारा नमी को संरक्षित करना, केशिकाओं को नष्ट करना। और साथ ही केशिका घटना विद्युत और परमाणु घटनाओं की व्याख्या कर सकती है, आपको 1 माइक्रोन के उद्घाटन के साथ दरारों का पता लगाने की अनुमति देती है, जिसे नग्न आंखों से नहीं देखा जा सकता है।

निष्कर्ष.

हम सबसे अधिक की दुनिया में रहते हैं अद्भुत घटनाप्रकृति। ऐसे बहुत से हैं। हम सार के बारे में सोचे बिना हर दिन उनका सामना करते हैं। लेकिन मनुष्य को, एक बुद्धिमान घटना के रूप में, इन घटनाओं के सार को समझना चाहिए। गीलापन और गैर-गीलापन, केशिका घटना जैसी घटनाएं प्रौद्योगिकी और प्रकृति में बहुत व्यापक हैं। वे अपरिहार्य हैं रोजमर्रा की जिंदगीऔर वैज्ञानिक और तकनीकी समस्याओं को हल करने में। यह ज्ञान हमें कई प्रश्नों के उत्तर देता है। उदाहरण के लिए, मुक्त उड़ान में एक बूंद क्यों दिखाई देती है या ग्रहों और तारों का आकार गोलाकार क्यों होता है, कुछ ठोस पिंड तरल से अच्छी तरह से गीले होते हैं, जबकि अन्य नहीं। केशिका घटनाएँ पौधों की जड़ों की मिट्टी से पोषक तत्वों, नमी को क्यों अवशोषित कर सकती हैं, या जानवरों के जीवों में रक्त परिसंचरण केशिका घटना पर आधारित क्यों है, आदि।

नियंत्रण ब्लॉक:

1.केशिका क्या है?

2.गीला और गैर-गीला कैसे पहचानें?

3.गीलापन का एक उदाहरण दीजिए।

4.केशिका घटना क्या है?

5. गैर-गीलापन का एक उदाहरण दीजिए।

गृहकार्य।

रोबोट की प्रगति

1.कांच, एल्यूमीनियम, तांबा, पैराफिन प्लेटों पर पानी और तेल की बूंदें डालें।

2. बूंदों की आकृतियाँ बनाएं।

3.बूंदों को देखें और ठोस और तरल के अणुओं के बीच संबंध के बारे में निष्कर्ष निकालें।

4. इन परिणामों को एक तालिका में दर्ज करें।

5. एक सिरिंज का उपयोग करके पानी और स्पार्टा के मिश्रण में थोड़ा सा जैतून का तेल मिलाएं।

6.तेल के गोले के बीच से एक तार गुजारें और उसे घुमाएं।

7. ध्यान दें कि बूंद का आकार कैसे बदलता है।

8.द्रव की सतह के आकार के बारे में निष्कर्ष निकालें।

सतह पर मौजूद पानी की फिल्म कई जीवों को चलते समय सहारा प्रदान करती है। इसमें देखा गया है छोटे कीड़ेऔर अरचिन्ड। हमारे लिए सबसे प्रसिद्ध वॉटर स्ट्राइडर हैं, जो अपने व्यापक पैरों के अंतिम खंडों के साथ ही पानी पर आराम करते हैं। पैर, जो मोमी लेप से ढका होता है, पानी से गीला नहीं होता है। पानी की सतह परत पैर के दबाव से झुक जाती है और छोटे-छोटे गड्ढे बन जाते हैं। (चित्र 6) जलपक्षी के पंख और नीचे हमेशा विशेष ग्रंथियों के वसायुक्त स्राव से प्रचुर मात्रा में चिकनाई वाले होते हैं। यह उनकी जलरोधकता को स्पष्ट करता है। हवा की एक मोटी परत, जो बत्तख के पंखों के बीच स्थित होती है और पानी द्वारा वहां से विस्थापित नहीं होती है, न केवल बत्तख को गर्मी के नुकसान से बचाती है, बल्कि उसकी उछाल क्षमता को भी काफी बढ़ा देती है।

गीलापन और संपर्क कोण के अस्तित्व से बर्तन की दीवारों के पास तरल सतह में वक्रता आ जाती है। यदि तरल दीवारों को गीला करता है, तो सतह का आकार अवतल होता है; यदि ऐसा नहीं होता है, तो यह उत्तल होता है। द्रव की इस प्रकार की घुमावदार सतह को मेनिस्कस कहा जाता है। (चित्र 10.11)

गीला	गैर गीला

एक केशिका में एक घुमावदार सतह के नीचे, दबाव की मात्रा एक सपाट सतह के नीचे के दबाव से भिन्न होगी
. केशिका में और एक विस्तृत बर्तन में तरल के बीच ऐसा स्तर अंतर स्थापित होता है ताकि हाइड्रोस्टेटिक दबाव
संतुलित केशिका दबाव
. गोलाकार मेनिस्कस के मामले में

. मेनिस्कस की वक्रता की त्रिज्या को संपर्क कोण के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है और केशिका त्रिज्या
आर
,

, तब
गीला होने की स्थिति में और केशिका में द्रव की ऊंचाई बढ़ जाती हैऔर केशिका त्रिज्या .

केशिका त्रिज्या जितनी बड़ी होगी उतनी ही छोटी होगी केशिका घटना होती हैमानव जीवन में एक असाधारण भूमिका

. पौधों और पेड़ों को नमी की आपूर्ति केशिकाओं की मदद से होती है, जो हर पौधे में पाई जाती हैं। केशिका घटनाएँ भी नकारात्मक भूमिका निभा सकती हैं। उदाहरण के लिए, निर्माण में. भवन की नींव को जलरोधक बनाने की आवश्यकता केशिका घटना के कारण होती है।

आत्म-नियंत्रण के लिए प्रश्न

1. क्रिस्टल और गैसों की तुलना में तरल अवस्था का वर्णन करें।

2. लंबी दूरी और छोटी दूरी का ऑर्डर क्या है?

3.रेडियल वितरण फ़ंक्शन आपको क्या करने की अनुमति देता है? इसे क्रिस्टल, तरल पदार्थ और गैसों के लिए बनाएं।

4.सतह तनाव गुणांक क्या है?

6. गीलापन क्या है? गीलापन मापने का माप क्या है? उन प्रक्रियाओं के उदाहरण दीजिए जिनके लिए अच्छे गीलेपन की आवश्यकता होती है।

7.केशिका में द्रव के बढ़ने की ऊँचाई क्या निर्धारित करती है?

व्याख्यान क्रमांक 5(11)

ठोस पदार्थों के गुण

1. अनाकार और क्रिस्टलीय पिंड। क्रिस्टल की संरचना और प्रकार. दे

क्रिस्टल में दोष.

2. क्रिस्टल के यांत्रिक गुण। प्लास्टिक विरूपण का तंत्र

अनाकार और क्रिस्टलीय पिंड.

अनाकार शरीरों मेंमौजूद है आदेश बंद करेंपरमाणुओं की व्यवस्था. क्रिस्टलपास होना एक लंबे रास्ते मेंपरमाणुओं की व्यवस्था. बेढबशरीर आइसोट्रोपिक, क्रिस्टलीय - अनिसोट्रोपिक.

शीतलन और तापन के दौरान, अनाकार और अनाकार के लिए तापमान बनाम समय वक्र भिन्न होते हैं क्रिस्टलीय पिंड. अनाकार पिंडों के लिए, तरल से ठोस में संक्रमण दसियों डिग्री तक हो सकता है। क्रिस्टल के लिए, गलनांक स्थिर होता है। ऐसे मामले हो सकते हैं जब एक ही पदार्थ, शीतलन स्थितियों के आधार पर, क्रिस्टलीय और अनाकार ठोस अवस्था दोनों में प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कांच बहुत धीमी गति से ठंडा होनापिघला सकते हैं Crystallize. इस मामले में, प्रकाश का परावर्तन और प्रकीर्णन गठित छोटे क्रिस्टल की सीमाओं पर होगा, और क्रिस्टलीकृत ग्लास अपनी पारदर्शिता खो देता है।

क्रिस्टल लैटिस. क्रिस्टल का मुख्य गुण उनमें परमाणुओं की व्यवस्था की नियमितता है। उन बिंदुओं के समूह को कहा जाता है जिन पर परमाणु (अधिक सटीक रूप से, परमाणु नाभिक) स्थित होते हैं क्रिस्टल लैटिस, और अंक स्वयं कहलाते हैं जाली नोड्स.

क्रिस्टल जाली की मुख्य विशेषता है स्थानिक आवधिकताइसकी संरचना: ऐसा प्रतीत होता है कि क्रिस्टल से मिलकर बना है दोहराए जाने वाले भाग(कोशिकाएं)।

हम क्रिस्टल जाली को बिल्कुल समान समानांतर चतुर्भुज में तोड़ सकते हैं जिसमें समान दूरी वाले परमाणुओं की समान संख्या होती है। क्रिस्टल प्रतिनिधित्व करता है समांतर चतुर्भुज का सेट, एक दूसरे के सापेक्ष समानांतर स्थानांतरित हो गए। यदि आप क्रिस्टल जाली को किनारे की लंबाई की दूरी से स्वयं के समानांतर घुमाते हैं, तो जाली स्वयं के साथ संरेखित हो जाएगी। ये ऑफसेट कहलाते हैं प्रसारण, और इन विस्थापनों के संबंध में जाली की समरूपता कहा जाता है अनुवादात्मक समरूपता(समानांतर अनुवाद, किसी अक्ष के चारों ओर घूमना, दर्पण प्रतिबिंब, आदि)।

यदि किसी प्राथमिक कोशिका के शीर्ष पर एक परमाणु है, तो वही परमाणु स्पष्ट रूप से इस और अन्य कोशिकाओं के अन्य सभी शीर्षों पर स्थित होने चाहिए। समरूप एवं समान रूप से स्थित परमाणुओं के संग्रह को कहा जाता है ब्रावैस जालीइस क्रिस्टल का. वह कल्पना करती है क्रिस्टल जाली कंकाल, इसकी संपूर्ण अनुवादात्मक समरूपता को व्यक्त करते हुए, अर्थात्। इसकी सारी आवधिकता.

विभिन्न प्रकार की क्रिस्टल समरूपता का वर्गीकरणमुख्यतः वर्गीकरण पर आधारित है विभिन्न प्रकार की ब्रवाइस झंझरी.

सबसे सममित ब्रवाइस जाली समरूपता वाली जाली है क्यूबा(घन प्रणाली)। तीन अलग-अलग हैं

घन प्रणाली से संबंधित ब्रवाइस जाली: सरल
	शरीर केंद्रित(घन के केंद्र में एक परमाणु है), फलक-केंद्रित (शीर्षों पर परमाणुओं को छोड़कर - इसमें भी एक परमाणु है)

उनके सभी चेहरों का केंद्र)। क्यूबिक के अलावा, टेट्रागोनल, रोम्बिक, मोनोक्लिनिक और अन्य हैं (हम विचार नहीं करेंगे)।

ब्रावैस जाली, सामान्यतया, क्रिस्टल के सभी परमाणुओं को शामिल नहीं करती है। असली क्रिस्टल जालीके रूप में दर्शाया जा सकता है एक दूसरे में धकेले गए कई ब्रैविस लैटिस का संग्रह.

क्रिस्टल के भौतिक प्रकार.

कणों के प्रकार के आधार पर जिनसे क्रिस्टल जाली का निर्माण होता है, और उनके बीच परस्पर क्रिया बलों की प्रकृति के आधार पर, आयनिक, परमाणु, धात्विक और आणविक क्रिस्टल को प्रतिष्ठित किया जाता है।

1. आयनिक क्रिस्टल. सकारात्मक और नकारात्मक आयन क्रिस्टल जाली के नोड्स पर वैकल्पिक रूप से स्थित होते हैं। ये आयन इलेक्ट्रोस्टैटिक (कूलम्ब) बलों द्वारा एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। उदाहरण: सेंधा नमक ग्रिड
(चित्र 11.1)।

2. परमाणु क्रिस्टल. विशिष्ट प्रतिनिधि हैं ग्रेफाइट और हीरा. संबंधपरमाणुओं के बीच - सहसंयोजक. इस मामले में, प्रत्येक वैलेंस इलेक्ट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी में शामिल होता है जो इस परमाणु को उसके पड़ोसियों में से एक से जोड़ता है।

3. धातु क्रिस्टल. झंझरी से मिलकर बनता है सकारात्मक रूप से आवेशित आयन, जिनके बीच हैं "मुक्त" इलेक्ट्रॉन. ये इलेक्ट्रॉन "सामूहिक" होते हैं और इन्हें एक प्रकार की "इलेक्ट्रॉन गैस" माना जा सकता है। इलेक्ट्रॉन "सीमेंट" की भूमिका निभाते हैं, "+" आयनों को पकड़कर रखते हैं, अन्यथा जाली विघटित हो जाएगी। आयन जाली के भीतर इलेक्ट्रॉनों को रखते हैं।

4. आणविक क्रिस्टल. एक उदाहरण बर्फ है. नोड्स में अणु होते हैं, जो आपस में जुड़े हुए हैं वैन डेर वाल्स बलों द्वारा, यानी बल इंटरैक्शनमोलेकुलर विद्युत द्विध्रुव.

एक ही समय में कई प्रकार के बंधन हो सकते हैं (उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट में - सहसंयोजक, धात्विक और वैन डेर वाल्स)।

क्रिस्टल में दोष.

वास्तविक क्रिस्टल जालकों में होता है परमाणुओं की आदर्श व्यवस्था से विचलनअब तक हमने जिन जालिकाओं पर विचार किया है। ऐसे सभी विचलन कहलाते हैं जाली दोष.

बिंदु दोष- जिनमें छोटी दूरी का क्रम बाधित है:

1 - किसी भी स्थान पर परमाणु की अनुपस्थिति (रिक्तता) (चित्र 11.2);
2 - अपने स्वयं के परमाणु का "अजनबियों" से प्रतिस्थापन (चित्र 11.3);
3 - अपने स्वयं के या किसी और के परमाणु का अंतरालीय स्थान में परिचय (चित्र 11.4)

दूसरे प्रकार का दोष है विस्थापन- क्रिस्टल जाली के रैखिक दोष, परमाणु विमानों के सही विकल्प का उल्लंघन. वे लंबी दूरी के ऑर्डर को बाधित करें, इसकी संपूर्ण संरचना को विकृत कर रहा है। वे ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। अव्यवस्थाओं के सबसे सरल प्रकार किनारे और पेंच हैं। किनारे की अव्यवस्था के मामले में, एक अतिरिक्त क्रिस्टलीय विमान परमाणुओं की आसन्न परतों के बीच धकेल दिया जाता है (चित्र 11.5)।

पेंच अव्यवस्था के मामले में, क्रिस्टल जाली का हिस्सा दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित हो जाता है (चित्र 11.6)

क्रिस्टल के यांत्रिक गुण।

प्लास्टिक विरूपण का तंत्र. धातुओं के प्लास्टिक विरूपण का आधार है अव्यवस्थाओं का संचलन. प्लास्टिक विरूपण का सार कतरनी है, जिसके परिणामस्वरूप अव्यवस्थाओं के फिसलने के कारण क्रिस्टल का एक हिस्सा दूसरे के सापेक्ष विस्थापित हो जाता है। चित्र में. 11.7 (ए, बी, सी) गठन के साथ किनारे की अव्यवस्था की गति को दर्शाता है यूनिट शिफ्ट चरण.

ध्यान दें कि वास्तव में परमाणु एक-एक करके छोटे समूहों में नई स्थिति में पहुंच जाते हैं। परमाणुओं की इस वैकल्पिक गति को अव्यवस्था की गति के रूप में दर्शाया जा सकता है। अव्यवस्था का कारण बनता हैवह वास्तविक क्रिस्टल का प्लास्टिक विरूपण आदर्श क्रिस्टल के लिए गणना की तुलना में कम परिमाण के कई आदेशों के तनाव के प्रभाव में होता है. लेकिन यदि अव्यवस्था घनत्व और अशुद्धता सांद्रता अधिक है, तो इससे अव्यवस्थाओं में तीव्र मंदी आती है और उनकी गति रुक ​​जाती है। परिणामस्वरूप, विरोधाभासी रूप से, सामग्री की ताकत बढ़ जाती है.

टेंसिल के दाग। हुक का नियम.

किसी ठोस में परमाणुओं को उनके बीच की दूरी के आधार पर जोड़ने वाले बलों में परिवर्तन की प्रकृति गुणात्मक रूप से गैसों और तरल पदार्थों के समान होती है (चित्र 11.8)। यदि छड़ की लंबाई तक और क्रॉस सेक्शन बल लगाओ
(चित्र 11.9), तो इस बल के प्रभाव में छड़ एक निश्चित मात्रा तक लंबी हो जाएगी
. एक ही समय पर छड़ की धुरी के अनुदिश पड़ोसी परमाणुओं के बीच की दूरी एक निश्चित मात्रा में बढ़ जाएगी
(चित्र 11.8)। परमाणुओं की पूरी शृंखला को लंबा करना
के साथ जुड़े
स्पष्ट संबंध:

(*) (कहाँ – पड़ोसी परमाणुओं के बीच की दूरी ). जब परमाणु अपनी संतुलन स्थिति से विस्थापित होते हैं, तो उनके बीच आकर्षक बल उत्पन्न होते हैं , और :

बढ़ने के साथ बढ़ता है

आइए सबसे पहले साबुन के बुलबुले के उदाहरण का उपयोग करके एक गुणात्मक परीक्षण करें। यदि हम बुलबुले उड़ाने की प्रक्रिया में ट्यूब के सिरे को खोलते हैं, तो हम देखेंगे कि इसके सिरे पर स्थित बुलबुले का आकार छोटा हो जाएगा और वह ट्यूब में खिंच जाएगा। चूँकि खुले सिरे से हवा वायुमंडल के साथ संचार करती थी, इसलिए साबुन के बुलबुले की संतुलन स्थिति बनाए रखने के लिए यह आवश्यक था कि अंदर का दबाव बाहर की तुलना में अधिक हो। यदि आप ट्यूब को एक मोनोमीटर से जोड़ते हैं, तो उस पर एक निश्चित स्तर का अंतर दर्ज किया जाता है - बुलबुले की सतह के अवतल पक्ष पर गैस के वॉल्यूमेट्रिक चरण में अतिरिक्त दबाव डीपी।

आइए हम दो वॉल्यूमेट्रिक चरणों के बीच डीपी और सतह 1/आर की वक्रता की त्रिज्या के बीच एक मात्रात्मक संबंध स्थापित करें जो संतुलन की स्थिति में हैं और एक गोलाकार सतह से अलग हो गए हैं। (उदाहरण के लिए, किसी तरल में गैस का बुलबुला या वाष्प चरण में तरल की एक बूंद)। ऐसा करने के लिए, हम स्थिति T = const और एक चरण से दूसरे चरण में पदार्थ के स्थानांतरण की अनुपस्थिति dn i = 0 के तहत मुक्त ऊर्जा के लिए सामान्य थर्मोडायनामिक अभिव्यक्ति का उपयोग करते हैं। संतुलन की स्थिति में, सतह ds और आयतन dV में भिन्नता होती है। संभव हैं. मान लीजिए V को dV और s को ds से बढ़ाया जाता है। तब:

डीएफ = - पी 1 डीवी 1 - पी 2 डीवी 2 + एसडीएस।

संतुलन में, dF = 0. इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि dV 1 = dV 2, हम पाते हैं:

पी 1 - पी 2 = एस डीएस/डीवी।

तो पी 1 > पी 2. यह मानते हुए कि वी 1 = 4/3 पी आर 3, जहां आर वक्रता की त्रिज्या है, हम प्राप्त करते हैं:

प्रतिस्थापन लाप्लास का समीकरण देता है:

पी 1 - पी 2 = 2एस/आर. (1)

अधिक सामान्य मामले में, वक्रता आर 1 और आर 2 की मुख्य त्रिज्या के साथ क्रांति के दीर्घवृत्त के लिए, लाप्लास का नियम तैयार किया गया है:

पी 1 - पी 2 = एस/(1/आर 1 - 1/आर 2)।

r 1 = r 2 के लिए हम (1) प्राप्त करते हैं, r 1 = r 2 = ¥ (तल) P 1 = P 2 के लिए।

अंतर डीपी को केशिका दबाव कहा जाता है। आइए लाप्लास के नियम के भौतिक अर्थ और परिणामों पर विचार करें, जो केशिका घटना के सिद्धांतों का आधार है। समीकरण से पता चलता है कि थोक चरणों में दबाव अंतर बढ़ते एस और वक्रता की त्रिज्या घटने के साथ बढ़ता है। इस प्रकार, फैलाव जितना अधिक होगा, गोलाकार सतह वाले तरल का आंतरिक दबाव उतना ही अधिक होगा। उदाहरण के लिए, वाष्प चरण में पानी की एक बूंद के लिए r = 10 -5 सेमी, DP = 2. 73. 10 5 डायन/सेमी 2 » 15 बजे। इस प्रकार, भाप की तुलना में बूंद के अंदर का दबाव भाप चरण की तुलना में 15 एटीएम अधिक है। यह याद रखना चाहिए कि चाहे कुछ भी हो एकत्रीकरण की अवस्थाचरणों, संतुलन की स्थिति में, सतह के अवतल पक्ष पर दबाव हमेशा उत्तल पक्ष की तुलना में अधिक होता है, यूरेनियम अधिकतम बुलबुला दबाव की विधि द्वारा एस के प्रयोगात्मक माप के लिए आधार प्रदान करता है। केशिका दबाव के अस्तित्व का सबसे महत्वपूर्ण परिणामों में से एक केशिका में द्रव का बढ़ना है।

तरल युक्त में केशिका घटनाएँ देखी जाती हैं

संकीर्ण बर्तनों में जिनकी दीवारों के बीच की दूरी तरल सतह की वक्रता त्रिज्या के अनुरूप होती है। वक्रता बर्तन की दीवारों के साथ तरल की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती है। केशिका वाहिकाओं में तरल का विशिष्ट व्यवहार इस बात पर निर्भर करता है कि तरल पदार्थ पोत की दीवारों को गीला करता है या नहीं, संपर्क कोण के मूल्य पर अधिक सटीक रूप से निर्भर करता है।

आइए हम दो केशिकाओं में तरल स्तर की स्थिति पर विचार करें, जिनमें से एक में लियोफिलिक सतह होती है और इसलिए इसकी दीवारें गीली होती हैं, और दूसरे में लियोफोबिक सतह होती है और गीली नहीं होती है। पहली केशिका में सतह पर ऋणात्मक वक्रता होती है। अतिरिक्त लाप्लास दबाव तरल को फैलाने की प्रवृत्ति रखता है। (दबाव वक्रता के केंद्र की ओर निर्देशित होता है)। सतह के नीचे का दबाव समतल सतह के दबाव से कम होता है। परिणामस्वरूप, एक उत्प्लावन बल उत्पन्न होता है, जो केशिका में तरल को तब तक उठाता है जब तक कि स्तंभ का वजन अभिनय बल को संतुलित नहीं कर देता है। दूसरी केशिका में, सतह की वक्रता सकारात्मक होती है, जिसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त दबाव तरल में निर्देशित होता है , केशिका में तरल उतरता है।

संतुलन पर, लाप्लास दबाव ऊँचाई h के तरल स्तंभ के हाइड्रोस्टेटिक दबाव के बराबर होता है:

DP = ± 2s/r = (r - r o) gh, जहां r, r o तरल और गैस चरण के घनत्व हैं, g गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है, r मेनिस्कस की त्रिज्या है।

केशिका वृद्धि की ऊंचाई को गीला करने की विशेषता से संबंधित करने के लिए, मेनिस्कस की त्रिज्या को गीला कोण Q और केशिका त्रिज्या r 0 के संदर्भ में व्यक्त किया जाएगा। यह स्पष्ट है कि r 0 = r cosQ, की ऊंचाई केशिका वृद्धि को इस रूप में व्यक्त किया जाएगा (ज्यूरिन का सूत्र):

h = 2sсosQ / r 0 (r - r 0)g

गीलापन के अभाव में Q>90 0 , сosQ< 0, уровень жидкости опускается на величину h. При полном смачивании Q = 0, сosQ = 1, в этом случае радиус мениска равен радиусу капилляра. Измерение высоты капиллярного поднятия лежит в основе одного из наиболее точных методов определения поверхностного натяжения жидкостей.

तरल पदार्थों की केशिका वृद्धि कई प्रसिद्ध घटनाओं और प्रक्रियाओं की व्याख्या करती है: कागज और कपड़ों का संसेचन छिद्रों में तरल की केशिका वृद्धि के कारण होता है। कपड़ों की जलरोधीता उनकी हाइड्रोफोबिसिटी द्वारा सुनिश्चित की जाती है - जो नकारात्मक केशिका वृद्धि का परिणाम है। मिट्टी से पानी का बढ़ना मिट्टी की संरचना के कारण होता है और पृथ्वी की वनस्पति के अस्तित्व को सुनिश्चित करता है, पौधों के तनों के साथ मिट्टी से पानी का बढ़ना लकड़ी की रेशेदार संरचना के कारण होता है, रक्त परिसंचरण की प्रक्रिया रक्त वाहिकाओं में, इमारत की दीवारों में नमी का बढ़ना (वॉटरप्रूफिंग बिछाई जाती है), आदि।

थर्मोडायनामिक प्रतिक्रियाशीलता (टी.आर.एस.)।

किसी पदार्थ की किसी अन्य अवस्था में बदलने की क्षमता को दर्शाता है, उदाहरण के लिए किसी अन्य चरण में, या रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करना। यह दी गई शर्तों के तहत संतुलन की स्थिति से किसी दिए गए सिस्टम की दूरी को इंगित करता है। टी.आर.एस. रासायनिक बन्धुता द्वारा निर्धारित होता है, जिसे गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन या रासायनिक क्षमता में अंतर द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।

R.s पदार्थ के फैलाव की डिग्री पर निर्भर करता है। फैलाव की डिग्री में बदलाव से चरण या रासायनिक संतुलन में बदलाव हो सकता है।

गिब्स ऊर्जा dG d (फैलाव में परिवर्तन के कारण) में संबंधित वृद्धि को थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे नियमों के संयुक्त समीकरण के रूप में दर्शाया जा सकता है: dG d = -S dT + V dp

एक व्यक्तिगत पदार्थ V =V mol और T = स्थिरांक पर हमारे पास है: dG d = V mol dp या DG d = V mol Dp

इस समीकरण में लाप्लास संबंध को प्रतिस्थापित करने पर, हमें dG d = s V mol ds/dV प्राप्त होता है

गोलाकार वक्रता के लिए: dG d =±2 s V mol /r (3)

समीकरण दर्शाते हैं कि वृद्धि जेट, फैलाव में परिवर्तन के कारण, सतह की वक्रता, या फैलाव के समानुपाती होता है।

यदि किसी पदार्थ के संघनित चरण से गैसीय चरण में संक्रमण पर विचार किया जाए तो गिब्स ऊर्जा को आदर्श मानकर वाष्प दबाव के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। फिर फैलाव में परिवर्तन से जुड़े गिब्स ऊर्जा में अतिरिक्त परिवर्तन है:

डीजी डी = आरटी एलएन (पी डी / पी एस) (4), जहां पी डी और पी एस - दबाव संतृप्त भापघुमावदार और सपाट सतहों पर.

(4) को (3) में प्रतिस्थापित करने पर हम प्राप्त करते हैं: ln (p d / p s) = ±2 s V mol /RT r

इस संबंध को केल्विन-थॉमसन समीकरण कहा जाता है। इस समीकरण से यह पता चलता है कि सकारात्मक वक्रता के साथ, घुमावदार सतह पर संतृप्त वाष्प का दबाव जितना अधिक होगा, वक्रता उतनी ही अधिक होगी, अर्थात। बूंद की छोटी त्रिज्या. उदाहरण के लिए, त्रिज्या r = 10 -5 सेमी (s = 73, V mol = 18) p d/p s = 0.01, यानी 1% वाली पानी की एक बूंद के लिए। केल्विन-थॉमसन कानून का यह परिणाम हमें आइसोट्रेमिक आसवन की घटना की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है, जिसमें सबसे छोटी बूंदों का वाष्पीकरण होता है और बड़ी बूंदों और एक सपाट सतह पर वाष्प का संघनन होता है।

नकारात्मक वक्रता के साथ, जो गीला होने के दौरान केशिकाओं में होती है, एक उलटा संबंध प्राप्त होता है: घुमावदार सतह (बूंद के ऊपर) के ऊपर संतृप्त वाष्प का दबाव बढ़ती वक्रता (केशिका त्रिज्या घटने के साथ) के साथ कम हो जाता है। इस प्रकार, यदि कोई तरल केशिका को गीला कर देता है, तो केशिका में वाष्प का संघनन समतल सतह की तुलना में कम दबाव पर होता है। यही कारण है कि केल्विन के समीकरणों को अक्सर केशिका संघनन का समीकरण कहा जाता है।

आइए हम उनकी घुलनशीलता पर कण फैलाव के प्रभाव पर विचार करें। इस बात को ध्यान में रखते हुए कि गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन किसी पदार्थ की घुलनशीलता के माध्यम से संबंध (4) के समान अलग-अलग बिखरी हुई अवस्थाओं में व्यक्त किया जाता है, हम गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए प्राप्त करते हैं:

ln(c d /c a) = ±2 s V mol /RT r जहां c d और c a अत्यधिक परिक्षिप्त अवस्था में पदार्थ की घुलनशीलता है और इस पदार्थ के बड़े कणों के साथ संतुलन पर घुलनशीलता है

एक इलेक्ट्रोलाइट के लिए जो समाधान में एन आयनों में अलग हो जाता है, हम लिख सकते हैं (गतिविधि गुणांक की उपेक्षा):

ln(a d /a s) = n ln (c d /c s) = ±2 s V mol /RT r, जहां ad और a s अत्यधिक परिक्षिप्त और मोटे तौर पर परिक्षिप्त अवस्था के संबंध में संतृप्त समाधानों में इलेक्ट्रोलाइट की गतिविधियां हैं। समीकरण दर्शाते हैं कि बढ़ते फैलाव के साथ घुलनशीलता या कणों की रासायनिक क्षमता बढ़ती है फैलाव प्रणालीएक बड़े कण से 2 s V mol/r अधिक। साथ ही, घुलनशीलता सतह की वक्रता के संकेत पर निर्भर करती है, जिसका अर्थ है कि यदि किसी ठोस पदार्थ के कणों में अनियमित आकारसकारात्मक और नकारात्मक वक्रता वाले और संतृप्त समाधान में हैं, तो सकारात्मक वक्रता वाले क्षेत्र विघटित हो जाएंगे, और नकारात्मक वक्रता वाले क्षेत्र बढ़ जाएंगे। परिणामस्वरूप, समय के साथ विलेय के कण एक बहुत ही विशिष्ट आकार प्राप्त कर लेते हैं जो संतुलन अवस्था के अनुरूप होता है।

फैलाव की डिग्री भी संतुलन को प्रभावित कर सकती है रासायनिक प्रतिक्रिया: - डीजी 0 डी = आरटी एलएन (के डी / के), जहां डीजी 0 डी फैलाव के कारण रासायनिक समानता में वृद्धि है, के डी और के बिखरे हुए और गैर-फैले हुए पदार्थों से जुड़ी प्रतिक्रियाओं के संतुलन स्थिरांक हैं।

बढ़ते फैलाव के साथ, घटकों की गतिविधि बढ़ जाती है, और इसके अनुसार, प्रारंभिक पदार्थों और प्रतिक्रिया उत्पादों के फैलाव की डिग्री के आधार पर, रासायनिक संतुलन स्थिरांक एक दिशा या किसी अन्य में बदलता है। उदाहरण के लिए, कैल्शियम कार्बोनेट की अपघटन प्रतिक्रिया के लिए: CaCO 3 « CaO + CO 2

प्रारंभिक कैल्शियम कार्बोनेट के फैलाव में वृद्धि से संतुलन दाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है, और सिस्टम के ऊपर कार्बन डाइऑक्साइड का दबाव बढ़ जाता है। कैल्शियम ऑक्साइड का फैलाव बढ़ने से विपरीत परिणाम होता है।

इसी कारण से, बढ़ते फैलाव के साथ, क्रिस्टलीकरण के पानी और पदार्थ के बीच संबंध कमजोर हो जाता है। तो अल 2 ओ 3 का एक मैक्रोक्रिस्टल। 3 H 2 O 473 K पर पानी छोड़ देता है, जबकि कोलाइडल आकार के कणों के अवक्षेप में, क्रिस्टलीय हाइड्रेट 373 K पर विघटित हो जाता है। सोना हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता है, और कोलाइडल सोना इसमें घुल जाता है। मोटे तौर पर फैला हुआ सल्फर चांदी के लवण के साथ स्पष्ट रूप से प्रतिक्रिया नहीं करता है, और कोलाइडल सल्फर सिल्वर सल्फाइड बनाता है।

बर्तन के किनारों पर तरल सतह की वक्रता विशेष रूप से संकीर्ण ट्यूबों में स्पष्ट रूप से दिखाई देती है, जहां तरल की पूरी मुक्त सतह घुमावदार होती है। एक संकीर्ण क्रॉस-सेक्शन वाली ट्यूबों में, यह सतह एक गोले का हिस्सा होती है, इसे कहा जाता है नवचंद्रक. एक गीला तरल पदार्थ एक अवतल मेनिस्कस बनाता है (चित्र 1, ए), जबकि एक गैर-गीला तरल एक उत्तल मेनिस्कस बनाता है (चित्र 1, बी)।

चूंकि मेनिस्कस का सतह क्षेत्र ट्यूब के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र से अधिक है, आणविक बलों के प्रभाव में तरल की घुमावदार सतह सीधी हो जाती है।

सतह तनाव बल तरल की घुमावदार सतह के नीचे अतिरिक्त (लैप्लासियन) दबाव बनाते हैं।

गणना के लिए उच्च्दाबावआइए मान लें कि तरल की सतह का आकार R त्रिज्या के एक गोले जैसा है (चित्र 2.a), जिसमें से एक गोलाकार खंड मानसिक रूप से कट जाता है, जो त्रिज्या के एक वृत्त पर टिका हुआ है।

इस समोच्च की लंबाई के प्रत्येक अतिसूक्ष्म तत्व पर गोले की सतह पर स्पर्शरेखा वाले सतह तनाव बल द्वारा कार्य किया जाता है, जिसका मापांक है। आइए वेक्टर को दो बल घटकों में विघटित करें। चित्र 2 से, हम देखते हैं कि दो चयनित व्यासीय विपरीत तत्वों के लिए बलों का ज्यामितीय योग शून्य के बराबर है। इसलिए, सतह तनाव बल को तरल में अनुभाग विमान के लंबवत निर्देशित किया जाता है (चित्र 2, सी) और इसका मापांक बराबर है

इस बल द्वारा बनाया गया अतिरिक्त दबाव

गोलाकार खंड के आधार का क्षेत्रफल कहां है. इसीलिए

यदि तरल की सतह अवतल है, तो सतह तनाव बल तरल से बाहर निर्देशित होता है (चित्र 2, बी) और तरल की अवतल सतह के नीचे दबाव उसी मात्रा में सपाट सतह के नीचे से कम होता है। यह सूत्र तरल की गोलाकार मुक्त सतह के मामले में लाप्लास दबाव निर्धारित करता है। यह लाप्लास के सूत्र का एक विशेष मामला है, जो दोहरी वक्रता की एक मनमानी तरल सतह के लिए अतिरिक्त दबाव निर्धारित करता है:

किन्हीं दो परस्पर लंबवत की वक्रता त्रिज्याएँ कहाँ हैं सामान्य अनुभागतरल की सतह. यदि संबंधित खंड का वक्रता केंद्र तरल पदार्थ के अंदर है तो वक्रता त्रिज्या सकारात्मक है, और यदि वक्रता केंद्र तरल पदार्थ के बाहर है तो नकारात्मक है। के लिए बेलनाकार सतह अतिरिक्त दबाव.

यदि आप एक संकीर्ण ट्यूब रखते हैं ( केशिका) एक तरल में एक छोर एक चौड़े बर्तन में डाला जाता है, फिर लाप्लास दबाव बल की उपस्थिति के कारण, केशिका में तरल ऊपर उठता है (यदि तरल गीला हो रहा है) या गिरता है (यदि तरल गैर-गीला है) (चित्र)। 3, ए, बी), चूंकि तरल की सपाट सतह के नीचे चौड़े बर्तन में कोई अतिरिक्त दबाव नहीं होता है।