Зареждане

Действие на капилярите и защо виждаме менискус

Видео транскрипция

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 ръба на чашата и по-ниска в центъра. Формата ще изглежда донякъде така. И първото, което може да се запитаме, е как се нарича това явление. А то се нарича менискус. Менискус. А този конкретен менискус, тъй като течността е по-висока около страните на съда, отколкото в центъра, се нарича вдлъбнат менискус. И сигурно се питаш "Щом това е вдлъбнат менискус, има ли ситуации, в които се получава изпъкнал?" Разбира се, може да има и изпъкнал менискус. Ако вземем същата епруветка, но вместо да я напълним с вода, я напълним с живак. Напълваме я с живак, и ще получим менискус, който изглежда така. Където по-високата част е в средата, а по-ниската покрай страните на съда. Нека обознача това. Това е изпъкнал менискус. Лесно е просто да наблюдаваме това явление и да му измислим име, да си кажем "ето това е менискус", или "това е вдлъбнат менискус". По-интересният въпрос е защо се случва това. Може да си представим, че този вдлъбнат менискус 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 положителна страна 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 чашата, отколкото към себе си?" Ще отвърна: "Да, точно това казвам." И можеш да си представиш 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 силиций има по два кислородни атома. Оказва се, че разликите в електроотрицателността между кислорода и силиция са дори по-големи от тези между кислорода и водорода. Силицият е дори по-малко електроотрицателен от водорода. Така че кислородът обгражда електроните на силиция. Особено тези, които имат участие във връзката. Така че имаме частични заряди, частично положителни заряди около силиция, както и частично отрицателни 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. Стъклото е тук. Молекулите на водата се привличат помежду си заради водородните връзки. Но тя има 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, със стъклените молекули. 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. 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 менискус 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 тук. Но да се върнем на водата. Да кажем, че това е голям съд с вода. Запълвам я. Напълвам водата тук. Да кажем, че взема стъклена тръбичка. Материалът е от значение. Трябва да е полярен материал. Затова ще видиш менискус в стъклен съд, но няма да наблюдаваш такова явление, ако използваш пластмасова сламка. Пластмасата няма полярност. Но да кажем, че имаме стъклена тръбичка. Този път 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 е интересно? Този феномен се нарича капилярно действие. Капилярно действие. Думата "капилярно" се отнася за 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 привлече 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 капилярни действия всеки ден, и то извън факта, че те се случват 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. И вземеш 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 към самата хартиена салфетка.