Капилярно действие и защо виждаме менискус

Ако вземеш епруветка... Нека я нарисувам. Ако вземеш една епруветка и я напълниш с вода, сигурно ще очакваш повърхността на водата да е равна. Но това всъщност не е така. Съветвам те да опиташ. Може би ти е правило впечатление и преди. Повърхността на водата не е равна. Всъщност повърхността на водата ще е по-висока около стъклените стени и по-ниска в центъра. Това, което се наблюдава, е нещо приблизително такова. И първото, което може да се запитаме, е как се нарича това явление. А то се нарича мениск (менискус). Мениск. А този конкретен мениск, тъй като течността е по-висока около страните на съда, отколкото в центъра, се нарича вдлъбнат мениск. И сигурно се питаш "Щом това е вдлъбнат мениск, има ли ситуации, в които се получава изпъкнал?" Разбира се, съществува и изпъкнал мениск. Ако вземем същата епруветка, но вместо да я напълним с вода, ако я напълним с живак – напълваме я с живак, и ще получим мениск, който изглежда така, където по-високата част е в средата, а по-ниската покрай страните на съда. Нека обознача това. Това е изпъкнал мениск. Лесно е просто да наблюдаваме това явление и да му измислим име, да си кажем "ето това е мениск", или "това е вдлъбнат мениск". По-интересният въпрос е защо се случва това. Може да си представим, че този вдлъбнат мениск се образува, защото течността е по-силно привлечена към съда, отколкото към себе си. Възможно е да си кажеш: "Я почакай малко! Нали си говорим за това как водата има полярност и има частично отрицателна страна! Всяка водна молекула има частично отрицателна и частично положителна страна!" Нека го запиша. Частично положителни заряди при водородните атоми. "И това формира водородни връзки, които придават на водата специалните ѝ свойства. Да не искаш да кажеш, че водата е по-силно привлечена към стъклото, отколкото към себе си?" Ще отвърна: "Да, точно това казвам." И може би се досещаш защо това е така. Защото молекулите на стъклото всъщност са изключително полярни. Стъклото обикновено е съставено от решетка от силициев оксид. За всеки силициев атом имаме два атома кислород. Виждаме го ето тук. За всеки силициев атом има по два кислородни атома. Оказва се, че разликата в електроотрицателността между кислорода и силиция е дори по-голяма от тази между кислорода и водорода. Силицият е дори по-малко електроотрицателен от водорода. Така че кислородът придърпва електроните на силиция, особено тези, които участват във връзката. Така че имаме частични заряди, частично положителни заряди около силиция, както и частично отрицателни заряди около кислородните атоми. Тези са частично отрицателни. И частично положителни при силиция. Можем да си представим как ще изглежда това. Нека изясня какво се случва. Това, което ограждам в момента, е водата. Това тук са водните молекули. А това, което виждаме тук, са молекулите на стъклото. Това тук е стъклото. Молекулите на водата се привличат помежду си заради водородните връзки. Но те имат кинетична енергия, да не забравяме, че тези неща подскачат наоколо, блъскат се, нали са в течно състояние. И да си представим, че внезапно, може би ето тази хубавица, тази водна молекула тук, може би преди момент е била тук, но сега е подскочила ето тук. Била е ударена от друга молекула, имала е енергията да скочи дотук. Но след като е дошла, е осъществила контакт с повърхността на стъклото, с молекулите на стъклото. И се е залепила за тях заради частично положителната си страна, която се намира при водородните атоми. Нека го оцветя в зелено. Частично положителната страна при водородните атоми ще бъде привлечена от частично отрицателната страна на кислорода в стъклото. Затова ще се залепи за него. Това всъщност е по-силен частичен заряд от този, който наблюдаваме във водата, защото има по-големи различия в електроотрицателността между силиция и кислорода в стъклото, отколкото между кислорода и водорода във водата. И тези неща непрекъснато се блъскат едно друго. Може би друга водна молекула ще бъде блъсната точно тук. И изведнъж, за много кратък момент, попада тук. Тя ще се залепи за стъклото. Явлението, при което нещо се залепва за съда, се нарича адхезия. Това, което виждаме тук, се нарича адхезия. Адхезията е причината, поради която водата изглежда по-висока тук. Когато нещо се прилепва към себе си, използваме термина кохезия. Това правят водородните връзки във водата. Ето това тук и това там, това е кохезия. Ето затова наблюдаваме този мениск тук. Но адхезията има още по-интересни свойства. Ако взема съд с вода... И нека само поясня какво се случва с живака – живакът е по-силно привлечен към себе си, отколкото към стъкления съд, затова се издига в центъра. Но да се върнем на водата. Да кажем, че това е голям съд с вода. Запълвам го. Напълвам водата тук. Да кажем, че взема стъклена тръбичка. Материалът е от значение. Трябва да е полярен материал. Затова ще видиш мениск в стъклен съд, но няма да наблюдаваш такова явление, ако използваш пластмасова сламка. Пластмасата няма полярност. Но да кажем, че имаме стъклена тръбичка. Това е тънка стъклена тръбичка, дори по-тънка от епруветка. Ако вземем тънка стъклена тръба и я поставим във водата, ще видим нещо много готино. Поощрявам те да го направиш, ако успееш да намериш много тънка стъклена тръба. Ще забележиш, че водата ще се противопостави на гравитацията и ще започна да се изкачва по тънката стъклена тръба. И това е много интересно! Защо се случва това? Този феномен се нарича капилярно действие. Терминът "капиляр" означава много, много тясна тръба. В кръвоносната система на хората също има капиляри. Капилярите са най-тънките кръвоносни съдове и са много, много, много тънички. Всъщност и в нашите капиляри се осъществява капилярно действие. Това, което виждаме тук, се нарича капилярно действие. А това всъщност е по-интензивна адхезия. Просто повече водни молекули успяват да се свържат с полярната стъклена решетка. Да си представим, че тук има стъкло. И тук също има стъкло. Всъщност би било доста трудно да открием нещо толкова тънко, че да побере само няколко молекули. Но аз не рисувам нещата в точен мащаб. Да си представим, че друга водна молекула успее да скочи тук и да се залепи за стъклото там. А някоя друга молекула случайно бива бутната и подскача там горе. И ако нямахме полярен съд, ако нямахме хидрофилен съд, тогава молекулата просто щеше да скочи обратно долу. Но в нашия случай тя ще се залепи за съда и ще започне да вибрира там. И може би ще привлече друга водна молекула заради водородните връзки. Тя също може да бъде ударена и да подскочи нагоре към по-висока част на съда и да се залепи там. И така водата започва да се катери по съда. Това се нарича капилярно действие. И това не е просто забавен номер. Всъщност ние използваме капилярното действие всеки ден, и то не само в смисъла на това, което се случва в кръвоносната система, която осигурява на тялото живот. Ако например разлееш нещо на плота... Да кажем, че това тук е разлятото. Случило се е да разлееш нещо, например вода или мляко. Взимаш хартиена салфетка, за да го избършеш. Ако задържиш хартиената салфетка вертикално, ще видиш как водата попива в нея. Това попиване всъщност е капилярно действие. Водата влиза в мъничките дупки на хартиената салфетка, защото е привлечена от самата хартиена салфетка.