Tension superficielle, capillarité et viscosité

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi une pièce de yen, lorsqu'elle est soigneusement placée sur l'eau, flotte? La plupart des propriétés des liquides sont dictées par les forces intermoléculaires. Les forces d'attraction entre molécules similaires dans une substance sont également appelées des forces cohésives.

Dans l'eau, les forces cohésives tirent les molécules intérieures de manière égale dans toutes les directions, résultant en force nette nulle en moyenne, tandis que les molécules de surface n'éprouvent qu'une traction vers le bas, ce qui entraîne un regroupement étroit des molécules. Les molécules intérieures sont plus stables énergétiquement que les molécules de surface parce qu'elles éprouvent plus de cohésion, ce qui réduit leur énergie potentielle. Les fluides tentent donc de réduire leur énergie potentielle en minimisant la surface, en créant une surface sous tension qui agit comme une membrane élastique.

L'énergie nécessaire pour augmenter la surface d'un liquide d'une quantité unitaire est appelée tension superficielle, qui est souvent mesurée en joules par mètre carré. Les forces adhésives, en revanche, existent entre des molécules différentes, telles que l'eau et le verre. En plaçant un tube capillaire étroit dans l'eau, les molécules d'eau se répandent le long des surfaces du tube par adhérence, augmentant la surface du liquide et aspire le reste du liquide avec lui par cohésion.

Le liquide dans le capillaire monte jusqu'à ce que la gravité franchi les forces adhésives et cohésives. Ce phénomène s'appelle l'action capillaire. Pour l'eau, les forces adhésives entre l'eau et le verre sont plus fortes que les forces cohésives, résultant en un ménisque concave ou incurvé vers l'intérieur.

Pour le mercure, les forces cohésives l'emportent sur les forces adhésives, résultant en un ménisque convexe. La viscosité exprime la résistance d'un liquide à l'écoulement et est souvent mesurée en équilibre, ou en grammes par centimètre-seconde, Considérez le méthanol et le glycérol. Bien que les deux forment des liaisons hydrogène, le glycérol a trois groupes OH au lieu d'un, et forme plus de liaisons hydrogène par molécule.

Cela résulte dans une attraction plus forte entre les molécules de glycérol, rendant le glycérol plus visqueux que le méthanol. La viscosité dépend des formes moléculaires. Les hydrocarbures de masses et de longueurs molaires croissantes interagissent sur de plus grandes surfaces et se mêlent plus fréquemment, résultant en des forces de dispersion plus fortes et des viscosités plus élevées.

Enfin, la viscosité dépend de la température. Une énergie thermique accrue affaiblit les forces intermoléculaires, correspondant à des molécules en mouvement plus libre et les liquides s'écoulent plus rapidement à des températures plus élevées.