Curs 3

STAREA LICHIDA

FENOMENE SUPERFICIA

Starea lichida ocupa o pozitie intermediara intre starea gazoasa si cea so

Prezinta caracteristici comune atat cu starea gazoasa cat si cea solida (e propriu dar nu are forma proprie).

Existenta volumului propriu in cazul lichidelor explica valoarea mare a de

(acelasi ordin de marime ca si in cazul solidelor) comparativ cu a gazelor.

Existenta unui volum propriu si absenta formei proprii in cazul lichidelor existenta unor forte de interactiune moleculara (forte intermoleculare) mai cazul gazelor dar mai mici decat in cazul solidelor.

Existenta fortelor intermoleculare pe de o parte ingradeste libertatea de m moleculelor iar pe de alta parte, avand intensitati prea mici, nu favorizeaza configuratii moleculare spatiale stabile.

Au o structura cvasicristalina caracterizata printr-o ordine la mica distant

Dimensiunile mici ale configuratiilor ordonate ce apar in lichide le confer timp de viata scurt (10-9 s).

In interiorul lichidului exista goluri care permit moleculelor sa migreze int ordonate.

Datorita lipsei ordinii la mare distanta, lichidele nu prezinta proprietati an fac doar cristalele lichide).

Miscarea termica este prezenta in lichide dar moleculele se misca relativ lichidului.

r2 r0 r1

Fig. 1 Variatia cu distanta a fortelor intermoleculare

Fortele de interactiun moleculele de lichid s electrostatica.

La distante r2<d<r1dis sarcina a moleculelor aparitia unor interactiu atractiv.

La distante mici (d<r2 orbitalilor moleculari d unor forte repulsive.

Fenomene superficiale

Fenomenele legate de suprafata de separare dintre un lichid si m inconjoara se numesc fenomene superficiale.

Fenomenele legate de suprafata de separatie dintre un lichid si m deasupra acestuia se numesc fenomene de suprafata.

Fenomenele legate de suprafata de separatie dintre un lichid si p care acesta se gaseste se numesc fenomene de adeziune si capila

I.1 Fenomene de suprafata

Suprafata de separatie dintre un lichid si mediul gazos in care ac plasat, constituie suprafata libera a lichidului.

In lichide fortele de interactiune intermoleculare devin neglijabile egala cu raza de actiune moleculara (r∝10-9 m).

Moleculele de lichid interactioneaza doar in cazul in care sunt sit sfera de actiune moleculara.

r=raza de molec

R≠0

R=0

Fig.

R≠0

ρgaz<ρlichid => fortele de interactiune moleculara gaz-lichid sunt mai mici fortele de interactiune moleculara lichid-lichid.

Fiecare molecula de lichid aflata la d<r va fi supusa unei forte rezultante perpendicular pe suprafata libera a lichidului si indreptata spre interiorul a

Marimea fortei rezultante creste odata cu scaderea distantei dintre mole libera a lichidului.

Moleculele siutuate la distanta d<r vor exercita o presiune asupra lichidu presiune interna.

Totalitatea moleculelor care participa la realizarea presiunii interne form superficiala a lichidului (stratul superficial).

Presiunea exercitata de stratul superficial are valori foarte mari (11*108 N Valoarea mare a presiunii interne explica de ce lichidele sunt practic inc acestea fiind puternic comprimate de stratul superficial.

Trecerea unei molecule din lichid in stratul superficial presupune efe lucru mecanic (consum de energie).

La trecerea moleculei in stratul superficial energia cinetica scade iar potentiala a acesteia creste.

La trecerea moleculei din stratul superficial in lichid, energia cinetica creste iar energia potentiala se va diminua.

Moleculele din stratul superficial au un surplus de energie potentiala restul lichidului.

Stratul superficial (ca intreg) are un surplus de energie comparativ c lichidului.

Energia potentiala a stratului superficial este proportionala cu aria su

lichidului:

Eps

=σS(1)

[E ps

]SI

σ=coeficientul de tensiune superficiala a lichidului

[σ

]=

SI

[S ]

SI

In starea de echilibru energia potentiala a stratului superficial este m

Suprafata de separare lichid mediul extern se curbeaza tinzand sa d echilibru.

O suprafata se mentine curba daca asupra acesteia actioneaza forte suprafata si perpendiculare pe conturul acesteia (forte de tensiune su

Stratul superficial al lichidului se comporta ca o membrana elastica micsoreze suprafata libera a lichidului.

Fig. 4

Fig. 5 Lichid gliceric în inter de sârmă cu latura CD în poz. C1D1 se deplas micşorării ariei supraf peliculei).

⇒forţele superficiale mecanic pe seama mi potenţiale

LS = F· x

LS = σ· S ⇒ F· x = σ·l· x ⇒

F = σ·l

• Fenomenele superfic evoluţia unui sistem s echilibru caracterizată energetic.

Fs

ac

Lichid (H2O)

Fig. 6

I.2 Legea lui Laplace

Fs

=σl = 2πRσ

R

p =

Fs

=

2πRσ

=

2σ

πR2

R

S

Fig. 7

P0 P0+ p

Pierre-Simon, marquis de Laplace (1749 –1827): astronom si fizician francez.

1

1

+

p =σ

R1

R2

R

Fig. 7

μ

T

pint

Fig. 8

pext

T =p ⋅ R

μ

Reprezinta expresia generala a presiunii su

exercitata sub o suprafata curba.

R1 si R2 sunt razele de curbura ce definesc respectiva (valoarea maxima si respectiv m de curbura) iar grosimea membranei este n

Obs: Curbura unei membrane trebuie m o anumita diferenta de presiune!!!

p =

2σ(6) (membrana de

R

p =

σ(7) (membrana de fo

R

(pentru un cilindru R1=∞ => pentru o suprafata plana R1=R2=

T=tensiunea in peretele vasului (forta tangential pe unitatea de lungime)

p=diferenta de presiune ( p=pint-pext)

μ=grosimea peretelui vasului (membrana de gro

(8) (forma cilindrica)

T =

p ⋅R

2μ

(9) (f

Consecinte:

1) Tensiunea parietala este proportionala cu presiunea sangelui si

In cazul unui anevrism, cresterea razei arterei duce la cresterea ten iar cand aceasta depaseste capacitatea de tensionare a vasului ap

2) In cazul alveolelor pulmonare: p=presiunea aerului alveolar

R=raza alveolei

p =

2σp=12-24 torr pentru apa

p scade datorita surfactantului

R

prevenind colapsul alveolelor (“cat

spatiilor alveolare” este determina

raza alveolara este invers proporti

presiunea iar alveolele tind sa se a

sfarsitul expiratiei.

Surfactantul pulmonar este un lichid

tensioactive care acopera suprafata

Creste complianta pulmonara si red

respirator (complianta pulmonara- V

Previne colapsul alveolelor la sfars

asigurand o valoare aproximativ con

Fig. 9

presiunii Laplace prin modificarea co

surfactant in timpul procesului de re

Penetreaza “mizeria” d mare parte formata din grasimi) facilitand inde acesteia.

In cazul detergentilor s prin reducerea tesiunii apei faciliteaza ca ace penetreze mai usor tes

I.3 Surfactanti

Surfactantii sunt compusi chimici care au rolul de a reduc de tensiune superficiala.

Sunt molecule hidrocarbonate care prezinta o grupare ion

capete.

Gruparea ionica este hidrofila iar radicalul hidrocarbonat e

Proprietatile surfactantilor:

•Adsorbtia.

•Udarea suprafetelor.

Fig. 10

I.4 Tensiunea superficială a lichidelor şi

•Scade odată cu creşterea temperaturii (→ 0 la tcritică).

σ (10-3 N/m) Fig. 12

Scade odată cu creşterea concentraţiei solvitului

Depinde de natura substanţei (solventului şi solvitului)

Tensiunea superficială a apei → mare (datorită legăturilor de moleculele de apă)

În privinţa influenţei solvitului → 3 cazuri:

Nu modifică tensiunea superficială (ex. zahăr dizol

Măreşte tensiunea superficială (cazul soluţiilor ap electroliţi)

Micşorează tensiunea superficială (ex. soluţii apoa organice polare)

Substanţele care prin adăugarea lor scad considerabil tensiunea

soluţiei, se numesc TENSIOACTIVE.

• SUBSTANŢELE TENSIOACTIVE : acizi graşi cu lanţuri lungi de C, biliare,etc.

Explicaţie:

La întâlnirea dipolilor apei, moleculele polare ale lichidelor orga orientează cu grupele polare una în faţa celeilalte ceea ce duce la o (desemnată prin termenul de hidrofilie) care se manifestă printr-o b solubilitate a acestor lichide în apă.

Aceste molecule pătrund între dipolii apei, slăbind forţele interm stratul superficial, ceea ce duce la micşorarea tensiunii superficial atât mai mare cu cât este mai mare concentraţia soluţiei).

Pătrund între dipolii apei din stratul superficial unde se aglomer adsorbţie pozitivă.

Concluzie:

În contact cu apa, gruparea polară (hidrofilă) se orientează î superficial spre faza apoasă, iar cea nepolară (hidrofobă) spre

•Cantitatea de substanţă adsorbită în stratul superficial est dependentă (crescătoare ) de concentraţia soluţiei.

•Dacă: c↑ ⇒ Madsorbită ↑ ⇒ Tens. Sup.↓

•Are loc până când suprafaţa liberă este “saturată”. Astfel,T valoare minimă.

•Fenomenul invers, când substanţele care măresc tensiunea se îndepărtează de suprafaţă spre profunzime → adsorbţie n

I.5 Importanţa tensiunii superficiale în m

Coeficientul de tensiune superficială a lichidelor biol organismul uman este în general mai mic decât al apei probează că moleculele de interes biologic sunt agenţ tensioactivi).

Organismul uman dispune de două categorii mari de tensioactivi:

Substanţe care acţionează în mod secundar ca agenţi

În această categorie intră majoritatea substanţelor met către organism ajunse în stadiul de acizi organici.

Principiile alimentare, în special lipidele şi glucidele p sunt oxidate trec prin stadiul de cataboliţi acizi, substa joacă un rol tensioactiv. Astfel scad tensiunea superfi mediilor în care se află şi favorizează procesele de per Substanţe care au ca rol principal în organism scădere

superficiale a lichidelor biologice.

În această categorie intră acizii biliari, acidul glicocolic care formează cu ionii metalelor alcaline săruri solubil (glicocolat de Na, taurocolat de Na), substanţe puterni tensioactive.

•Acizii biliari care sunt eliminaţi prin coledoc în duoden întâl alimentar ( conţine lipide aproape în totalitate nedigerate) şi la scăderea tensiunii superficiale a grăsimilor alimentare, ce uşurează emulsionarea lor. Această emulsionare are ca efec transformarea grăsimilor în particule cu volume foarte mici suprafaţa de contact cu mediul de arie foarte mare. Astfe, ar grăsimilor se măreşte considerabil prin emulsionare iar ace eficient metabolizate.

Observaţii:

Tens. superf. condiţionează permeabilitatea membranelor, dintre celule şi mediul interstiţial.

Subst. tensioactive favorizează permeabilitatea membrane intestinală → o serie de medicamente se administrează cu s tensioactive.

Anestezicele (subst. tensioact.) determină scăderea tensiu superficiale a sângelui.

Lichidele din organism au tensiuni superficiale < decât a a poate modifica în cazul stărilor patologice.

Ex. Urina normală are tens. sup ~ 70·10-3 N/m. În cazul uno

(icter, leziuni hepatice) datorită apariţiei unor acizi şi săruri 50·10-3 N/m

I.6 Interfaţa solid-lichid, Fenomene ca

•Fenomenele superficiale care au loc la contactul dintre lich

→ fenomene de udare

•La contactul dintre solid şi lichid apar forţe de coeziune FC moleculele lichidului şi forţe de adeziune FA între moleculele ale solidului.

În raport cu lichidele, o suprafaţă solidă poate fi:

Liofilă (hidrofilă) (FA> FC), udă pereţii vasului (lichidul a suprafaţa solidului)

Indiferentă (caz ideal)

Liofobă (hidrofobă) (FA< FC), evită contactul cu pereţii

(lichidul nu aderă la solid).

OBS.

În imediata vecinătate a pereţilor vasului meniscul devin concav (în raport cu aerul) la lichidele care udă pereţii convex la lichidele care nu udă pereţii vasului.

2 ⋅σh =

(10)

(legea

r ⋅ρ ⋅ g

Fig. 14

Aplicaţii:

Există unele substanţe numite „agenţi udanţi” care introdus favorizează udarea unor solide.

Macromoleculele mediilor biologice au o structură complex

grupări polare (ionizante): carboxil −COOH− , amino −NH2 OH− , acestea sunt hidrofile (atrag în jur molecule de apă).

grupări nepolare: grupări hidrocarbonice ≡ CH, sunt hidr

(interacţ. mai puternic între ele decât cu apa)

•Efect hidrofob → macromoleculele biologice în mediu apos

“plieze” şi să se plaseze astfel încât să expună spre mediu c grupări hidrofile şi să “orienteze” spre zone interioare grupă

•Ex. Proteinele membranare intrinseci care expun spre medi extern apoase grupări hidrofile iar spre interiorul membrana hidrofobe.

OBS.

Macromoleculele se organizează astfel încât împreună cu so atingă o energie potenţială termodinamică minimă.

BFK

II.1 Miscarea rectilinie si unifor

A

B

Legea de

O

x

x0

x

x(t) = x0

+v

Exemplu:

Din punctele A si B, aflate la distanta de 100 m, pleaca simultan u celalalt doua mobile cu vitezele v1=5 m/s si v2=15 m/s. Sa se detem timp si la ce distanta fata de punctul A se vor intalni cele doua mo

A

v1

v2

B

t =

d

O

d

C

x

v

+v2

x0

x

1

Alegem originea sistemului de referinta in punctul A si t0=0 =>

Distanta la c

(fata de

x1 (t) = v1t

x2 (t) = d −v2t

x' = v1 ⋅t'

Conditia de intalnire: x1(t)=x2(t) => v1t=d-v2t

Viteza relativa

v1

v2

O

x

vrelativ

=v absolut

−vtransport

Viteza relativa a mobilului 2 fata de mobilul 1, v21

v21=-v2-v1

Viteza relativa a mobilului 1 fata de mobilul 2, v12

v12=v1+v2

II.2 Miscarea rectilinie uniform acce

A

ar

B

O

x0

v0

x v

x

acceleratia: a=constant

Legea de miscare:

x(t) = x0 + v0 (t −t0 ) +

1

a(t −t0 ) 2

2

Legea vitezei:

v = v0 + a(t −t0 )

Legea lui Galilei

v 2 = v02 + 2a( x − x0 )

Miscare

y

g

g

vr

0

(s

O

Legea (aruncare

y = y0 + v0 (t

Exemplu: Un corp este lansat verical cu viteza v0=30 m/s. Dupa cat timp aju maxima?

0 = v0 − g ⋅tu

(din legea vitezei) =>

tu =

v0

=

30

s = 3s

g

(≈10)

Aplicatii

1. Un tub capilar cu diametrul d=0.15 mm este scufundat vertical in

(dalcool=979 kg/m3). Inaltimea pana la care se ridica alcoolul in tub e Sa se calculeze coeficientul de tensiune superficiala al alcoolului.

h =2σ(1)

ρ ⋅r ⋅ g

σ =ρ ⋅r ⋅ g ⋅h

≈ 27.11⋅10−3 N / m(

2

Intrebari test grila

1) Care din urmatoarele afirmatii sunt corecte:

Stratul superficial se comporta ca o membrana elastica. In stare de echilibru energia potentiala a stratului superficial In stare de echilibru energia potentiala a stratului superficial Stratul superficial nu exercita nici o presiune asupra lichidul

2) Care din urmatoarele afirmatii sunt corecte:

Lichidele sunt practic incompresibile datorita stratului super acestora.

Forma sferica a picaturilor de lichid este determinata de pro stratului superficial al acestora.

Coeficientul de tensiune superficiala al apei creste odata cu temperaturii.

Coeficientul de tensiune superficiala scade odata cu scadere

3) Care din urmatoarele afirmatii sunt corecte:

Coeficientul de tensiune superficiala a unei solutii depinde d solutului.

Zaharul este o substanta tensioactiva. Alcoolul etilic este o substanta tensioinactiva.

In cazul solutului tensioactiv, coeficientul de tensiune super depinde de concentratia acesteia.

4) Bifaţi răspunsurile corecte:

Lichidele au o structura cvasicristalină caracterizate printr-o ord distanţă.

Intensitatea mişcarii de agitaţie termică in licide este mai mică d gazelor.

Stratul superficial exercită o presiune foarte mare asupra lichidu Lichidele sunt practic incompresibile datorită stratului superfici Stratul superficiual se comportă ca o membrană rigidă.

5) Bifaţi răspunsurile corecte:

In stare de echilibru energia potenţială a stratului superficial est In stare de echilibru energia potenţială a stratului superficial est Fenomenele superficiale exprimă evoluţia unui sistem spre o st caracterizată printr-un minim energetic.

Forţele de tensiune superficială sunt normale la suprafaţa liberă tangente la conturul acesteia.

Forma sferica a picaturilor de lichid este determinata de proprie superficial al acestora.

6) Bifaţi răspunsurile corecte:

Coeficientul de tensiune superficiala al apei creste odata cu cre temperaturii.

Valoarea coeficientului de tensiune superficială al apei este dete legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă.

Coeficientul de tensiune superficiala scade odata cu scaderea t Alcoolul etilic este o substanta tensioinactiva.

In cazul solutului tensioactiv, coeficientul de tensiune superficia depinde de concentratia acesteia.

7) Bifaţi răspunsurile corecte:

Tensiunea superficială nu influenţează permeabilitatea mem Anestezicile determină scăderea tensiunii superficiale a sân Suprafaţa libera a lichidelor care udă pere ţii vasului este un Zaharul este o substanta tensioactiva.

Vâscozitatea sângelui este mai mică in vasele capilare decât