Сұйықтардың беттік керілу

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

Тақырыбы: Сұйықтардың беттік керілу

Мақсаты:

1. Беттік керілу табиғатын түсіну.

Беттік керілуді өлшеу әдістерін меңгеру.

Оқытудың міндеті:

Беттік керілу коэффициентін анықтау.

График салу және сол графиктен белгісіз заттың белгісіз концентрациясын табу.

Тақырыптың негізгі сұрақтары:

Беттік керілу құбылысы.
Беттік керілу күші.
Жұғу және жұқпайтын құбылыстар
Капиллярлық құбылыстар
Лаплас формуласы
Беттік керілудің температурадан және концентрациядан тәуелділігі
Беттік керілудің фармацияда және медицинадағы мәні және ролі
Газдық эмболия

Оқыту әдістері: берілген тақырыпқа берілген хабарламаларды талқылау, зертханалық жұмыс жасау.

Қысқаша теория

Диагностика мақсаттары үшін медицинада жұлын сұйығы, өт, лимфа, ұлпа сұйықтары, қан плазмасы және басқа да ағза сұйықтарының беттік керілу коэффициенті анықталады.

Топырақтағы қоректік заттардың, ылғалдың өсімдік сабақтарына, бұтақтар мен жапырақтарға берілуі капиллярлық құбылыс арқылы жүзеге асырылады. Жағармай және майланатын заттар фитилдің капиллярлары арқылы көтеріледі. Адам ағзасының қанайналым жүйесінде кейбір кезде «эмболия» құбылысы байқалады. Осы тақырыпты оқып үйрену арқылы медицинада, биологияда және фармацияда капиллярлық құбылыстардың табиғаты туралы толық ақпарат алынады. Сұйық пен газ, екі араласпайтын сұйықтардың, сұйық пен қатты дененің шекаралық бетінде әртүрлі молекулааралық әсерлерден болатын күш пайда болады.

Сұйықтың көлемінің ішінде орналасқан әр молекула көршілес молекулалармен қоршалған, олармен өзара әсерлеседі, бірақ тең әсерлі күші нөлге тең. Екі ортаның шекарасына жақын орналасқан молекулаға жан-жағының біртекті еместігінен, басқа молекуламен компенсацияланбаған күш әсер етеді. Сондықтан, молекулаға көлемнен беттік қабатқа орын ауыстыру үшін жұмыс жасау қажет.

1-сурет

Беттік керілу тұрақты температурадағы сұйықтықтың қандай да бір бетін жасауға кеткен жұмыстың осы беттің ауданынының қатынасымен анықталады

Сұйықтың тепе-теңдік қалыпта болу шарты - беттік қабаттың минимум энергиясы. Сондықтан сыртқы күштер жоқ немесе салмақсыздық жағдайында ауданы минимумға ұмтылады да, шар формасын алады.

Сұйықтың беттік қабатының минимумға ұмтылуы - бұл қабатта жанама бетімен әсер ететін күштердің - беттік керілу күштерінің бар екені көрінеді. Егер сұйықтың бетінен кесінді алсақ, бұл күштерді тілшелермен кесіндіге перпендикуляр түрінде көрсетуге болады (1-сурет) . Беттік керілу - беттік керілу күшінің осы күш әсер ететін кесінді ұзындығына қатынасына тең:

Беттік керілу температураға тәуелді. Температура өскен сайын беттік керілу азаяды. Беттік керілуді беттік - активті заттар енгізу арқылы азайтуға болады, олар беттік қабатының энергиясын азайтады. Ерітінділердің беттік керілуі таза сұйықтардікінен ерекше. Судағы қант беттік керілуді көбейтеді, ал ас тұзы оны азайтады. Сұйықтықтардың беттік керілуін азайтатын заттарды беттік- активті заттар деп атайды. Тек жууға арналған заттар өндірісінде емес, сонымен қатар биологиялық үрдістерде, жасушалық және молекулалық деңгейлерде маңызы бар. Беттік - активті заттар өсімдіктерде, жануарлардың сұйықтықтарында болады.

Капиллярлық құбылыстар

Әр түрлі орталардың шекарасында (мыс: сұйық және қатты дене) жұғу және жұқпау құбылысын бақылауға болады. Молекулалық тартылу күштері сұйықтар мен қатты денелердің молекулаларының арасында да болады, олар шама жағынан сұйықпен қатты дененің табиғатына байланысты.

Егер сұйық пен қатты дененің молекулаларының арасындағы тартылыс күші сұйықтың молекулаларының тартылыс күшінен көп болса, сұйықтың молекулалары қатты дененің бетіне жабысады. Бұл құбылыс жұғу деп аталады, сұйық жұққыш деп аталады, ал сұйық беті гидрофильді болады (2-сурет) . Егер сұйық пен қатты дененің арасындағы молекулаларының тартылыс күші, сұйықтың молекулаларының тартылыс күшінен аз болса, сұйық жұқпайтын деп аталады, ал сұйық беті гидрофобты болады (3-сурет) .

Жұғу жағдайында бұрыш θ < π/2, ал толық жұғылғанда θ =0 ⁰ . Толық жұғылмағанда бұрыш

θ = - ға тең болады.

2 сурет.

3 сурет.

Беттік керілу күші сұйықтықтың бетін өзгертеді де, сыртқы күшке қатысты қосымшса қысым пайда болады. Қосымша қысым Лаплас формуласымен анықталады:

, мұндағы - беттің қисықтық радиусы, - беттік керілу.

Беттің қисықтығы (мениск) капилляр трубалардағы сұйықтықта жұғу (4а сурет) немесе жұқпау (4б сурет) құбылыстарында пайда болады.

Жұғуда ойыс мениск пайда болады. Қысым күштері сұйықтан жоғары

4а-сурет

4б сурет

бағытталады, яғни сұйықтың капиллярмен көтерілуі болады. Бұл тепе-теңдік жағдайда орындалады.

Эмболия

Сұйықтығы бар капиллярдағы газ көпіршігін қарастырайық. Жұғатын сұйыққа түскен газ көпіршігі екі жағынан менискімен шектеледі, олардың астында қосымша қысым пайда болады. Егер сұйық қозғалмаса менискі бірдей радиусқа ие болады ( ) (5а-сурет) қысымдары теңеседі. Егер сырттан қысым әсер етсе, менискілер деформацияланады және олардың радиустары өзгереді (5б-сурет) . Қосымша қысымдар теңеспейді, айырмасы болады. Сұйықтың ағуын қиындатады. Қан тамырларында осындай құбылыс болуы мүмкін (газ көпіршігімен тығындалады деп айтуға болады) .

Мұндай құбылысты газдық эмболия деп атайды. Газдық эмболия ірі тамырлар жарақат алғанда пайда болуы мүмкін: қанға түскен газ көпіршігі қанның жүруіне кедергі жасайды.

5-сурет

а)

б)

Тамырға құйылатын сұйықтықпен бірге газ көпіршігі түскенде де осы құбылыс байқалады. Қандағы газ көпіршігі көбінесе сүңгуірлерде төменнен жоғары биіктікке көтерілгенде, ал ұшқыштар мен ғарышкерлерде кабинамен немесе скафандрмен ең жоғарғы биіктікте герметизация жасағанда пайда болуы мүмкін. Бұл құбылыс қоршаған атмосфералық қысымның төмендеуінен қандағы газдар ерітілген күйден еркін газ тәріздес күйге өтуімен түсіндіріледі. Қан айналу үрдісінде де капиллярлық құбылыс үлкен рөл атқарады. Бұнда қан жүретін жіңішке тамырлар капилляр, олар капиллярлық түтіктердің ролін атқарады. Капиллярлық құбылыс табиғатта кең тараған және әртүрлі үрдістерде маңызы зор. Мысалы, Себебі, олардың өзектерінде, сабақтарында, тамырларында, Жер асты суларының жоғары көтерілуін қамтамасыз ететін, жіңішке капиллярлар болады. Топырақтың астыңғы қабатындағы судың жердің бетіне көтерілуі онда пайда болатын капилляр түтіктердің себебінен.

Көптеген дәрілік заттар инекция үшін ерітінді түрінде дайындалады. Дәрілік заттарды енгізу беттік керілуге тікелей байланысты, сол себептен беттік керілуді анықтау фармацияда негізгі рөл атқарады.

Зертханалық жұмыс

Мақсаты: тамшының үзілу әдісі арқылы беттік керілу коэффициенті есептеу

Құралдар: суы бар ыдыс, тамшылатуға арналған ыдыс

Зерттелетін сұйық тұрған шприц арқылы жүзеге асады. Тамшылатудан бұрын ауырлық күші $F = m_{тамшы}g$ беттік керілу күшіне тең болады. Ал еркін беттің шекарасы тамшы үшін

$l = \pi d_{тамшы}$ . Осыдан $\sigma = F/l = m_{тамшы}g/\pi d_{тамшы}$ .

Тәжірибеден $d_{тамшы} = 0, 9d$ екенін көрсетеді, мұндағы d -шприцтің соңғы жағының диаметрі. Тамшының массасы тамшы санын және барлық тамшының массасын есептеп табуға болады. Шприцтегі сұйықтың көлемін және сұйықтың тығыздығы арқылы масса есептеледі