A víz kohéziója és adhéziója

A víz kohéziója, adhéziója és felületi feszültsége, valamint ezek kapcsolata a hidrogénkötéssel.

A vízmolekulák közti kohéziós erő

Töltöttél már tele vizespoharat úgy, hogy először színültig töltötted, majd szép lassan hozzáadtál még néhány cseppet? Mielőtt a víz kifolyna a pohárból, először kupolaformát vesz fel a pohár pereme fölött. Ez a kupolaforma a vízmolekulák között lévő kohéziós erő következménye: a molekulák tulajdonképpen egymáshoz „tapadnak”. A kohézió arra utal, hogy az azonos molekulák vonzzák egymást. A vízmolekulák erős kohéziós erővel rendelkeznek, mivel egymással hidrogénkötéseket tudnak kialakítani.

A kohéziós erők felelősek a felületi feszültségért, ami a folyadék felületének azon hajlama, hogy ellenáljon a külső behatásoknak. A felszínen található vízmolekulák (a víz-levegő határán) hidrogénkötéseket képeznek szomszédjaikkal, úgyanúgy mint folyadékban található vízmolekulák. Azonban a felszíni vízmulekulák az egyik oldalon levegőnek vannak kitéve, kevesebb szomszédos vízmolekulával képesek egymáshoz kötődni, ezért erősebb kötéseket képeznek a szomszédaikkal. A felületi feszültségnek köszönhetően a víz gömb alakú cseppeket képez, és lehetővé teszi, hogy a kis tárgyakat – mint például egy papírfecnit vagy tűt – tartson fenn, ha azokat óvatosan a felületére helyezik.

A vízben fellépő adhéziós erő

Bár a vízmolekulák szeretnek egymáshoz kapcsolódni, bizonyos körülmények között mégis más típusú molekulákat részesítenek előnyben. Az adhézió olyan vonzó kölcsönhatás, amely egymástól különböző molekulák között lép fel. A víznél is meglehetősen erős lehet, különösen, ha a partner pozitív vagy negatív töltést hordoz.

Például az adhézió teszi lehetővé, hogy a víz megemelkedjen egy vékony üvegcsőben (kapillárisban), amelyet előzőleg egy vízzel teli főzőpohárba mártottunk. Ez a gravitációs erő ellenében történő mozgás, amelyet kapilláris hatásnak (hajszálcsövességnek) nevezünk, a vízmolekulák és a cső üvegfala közötti vonzás (adhézió), valamint a vízmolekulák közötti kölcsönhatás (kohézió) következménye.

A vízmolekulák az üveghez erősebben kötődnek, mint egymáshoz (az üvegmolekulák nagyobb polaritásának köszönhetően). Ezt megfigyelhetjük az alábbi képen: a kapillárisba töltve a folyadék felszíne nem vízszintes, hanem ívelt. A vízszint a cső falával érintkezve a legmagasabb, és középen, a cső falától legtávolabb a legalacsonyabb. Egy hengerben (csőben) a folyadék által kialakított ívelt felületet meniszkusznak (ebben az esetben konkáv meniszkusznak), vagyis félholdnak hívjuk.

Módosított ábra „A víz: 5. ábra", OpenStax College, Biology (CC BY 3,0) felhasználásával. A hivatkozott ábra Pearson-Scott Foresman eredeti, a Wikimedia Alapítványnak adományozott munkájának módosított változata.

Miért fontosak a kohéziós és adhéziós erők az élet számára? Szerepet játszanak a biológia számos víz alapú folyamatában, beleértve a víz mozgatását a fák gyökerétől a levelekbe, vagy a könnyek elvezetését a könnycsatornából egészen a szem sarkába.

^{1}

A kohézió egy példáját szolgáltatja az alábbi képen látható molnárpoloska: ez a rovar a felületi feszültséget kihasználva tud a víz felszínén maradni.

Források:

Ez a lecke a következő munka módosított változata: “Water,” OpenStax College, Biology (CC BY 3,0). Az eredeti cikk szabadon hozzáférhető az alábbi linken: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85:7/Biology.

A módosított cikket a CC BY-NC-SA 4.0 licenc által engedélyezték.

Idézett munkák:

U.S. Geological Survey. (2015, August 7). Capillary action. In The USGS water science school. Hozzáférhető itt: http://water.usgs.gov/edu/capillaryaction.html.

További hivatkozások:

Capillary action. (2015, June 18). Retrieved July 5, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action.

Cohesion (chemistry). (2015, July 1). Retrieved July 5, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Cohesion_%28chemistry%29.

Merhaut, D.J. (1999, February 8). How do large trees, such as redwoods, get water from their roots to the leaves? In Scientific American. Hozzáférhető itt: http://www.scientificamerican.com/article/how-do-large-trees-such-a/.

Nguyen, Trung. (2013, December 31). Why is water attracted to glass? Convex meniscus [answer]. In ScienceForums.net. Hozzáférhető itt: http://www.scienceforums.net/topic/80890-why-is-water-attracted-to-glass-convex-meniscus/.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). The nature of molecules and properties of water. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 17-30). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Water and life. In Campbell Biology (10th ed., pp. 44-54). San Francisco, CA: Pearson.

Surface tension. (n.d.) In HyperPhysics. Hozzáférhető itt: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/surten.html.

U.S. Geological Survey. (2015, September 14). Adhesion and cohesion of water. In The USGS water science school. Hozzáférhető itt: http://water.usgs.gov/edu/adhesion.html.

U.S. Geological Survey. (2015, August 7). Capillary action. In The USGS water science school. Hozzáférhető itt: http://water.usgs.gov/edu/capillaryaction.html.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be

Rendezés:

Még nincs hozzászólás.

Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.