Vad (på atomnivå) gör klibbiga saker klibbiga?

Bästa svaret

Adhesion , eller egenskapen hos en substans att hålla sig till en annan, uppstår i allmänhet från interaktioner mellan molekyler. Som Atul förklarar är van der Waals-interaktionen ofta ansvarig för vidhäftning, men det finns också andra typer av intermolekylära interaktioner som spelar in i olika situationer – till exempel är vätebindning en huvudkomponent i klibbigheten hos många typer av lim.

Ett nära besläktat begrepp är sammanhållning , vilket är ett ämnes tendens att hålla sig till sig själv. Sammanhållning ger upphov till ytspänning , tendensen för en vätskes yta att dra ihop sig – detta beror på att molekylerna vid ytan inte har lika många attraktiva interaktioner jämfört med molekylerna i bulk. I vissa fall hjälper sammanhållning och ytspänning också att ge upphov till vad vi tolkar som klibbighet.

Vanligt vatten är ett intressant exempel på klibbighet. Vatten fäster vid många ämnen och gör dem våta, eftersom vattenmolekylerna bildar vätebindningar med dessa ämnen på molekylär nivå. Men vi tänker vanligtvis inte på vatten som klibbigt eftersom det är lätt att torka av händerna med en servett eller handduk. Naturligtvis , det faktum att vi i första hand kan torka av beror på att vattenmolekylerna lockas till handduken – vi ersätter en stark vidhäftande kraft (vatten / hud) med en annan (vatten / handduk) . Den andra viktiga faktorn är att w ater är rinnande – dvs molekylerna i vätskan är mycket rörliga – så de har förmågan att röra sig från huden till handduken.

Det är lätt att föreställa sig ett experiment där man verkligen kan uppskatta vattnets klibbighet. Försök att fukta ytan på ett glasmikroskopglas och sätt ett annat glasglas ovanpå. Du kommer att upptäcka att bilderna nu hänger ihop av en tunn vattenfilm och att de nu är mycket svåra att dra isär direkt (försök inte för hårt, annars bryter du glaset). vidhäftningen av vatten till glasrutschbanan och sammanhållningen av vattenmolekylerna till varandra. För att dra bilderna direkt isär måste något av följande inträffa:

  • En ruta dras rent bort från vattenfilmen, vilket resulterar i en våt yta och en torr yta. Detta kommer aldrig att hända eftersom vidhäftningen mellan vattenmolekylerna och bilden är mycket stark.
  • Vattenfilmen dras i två, vilket resulterar i två våta ytor. Detta är också nästan omöjligt eftersom det innebär att bryta sammanhållningskraften mellan vattenmolekylerna.

För att separera bilderna måste du skjuta dem åt sidan i motsatta riktningar. Som du gör detta kommer du att märka att vattnet tenderar att stanna mellan bilderna, och det pärlor också upp i små droppar på glasytan. Bildandet av små droppar beror på vattens ytspänning och det är kännetecknet för sammanhållning som spelar in. Således separerar du bilderna genom att ersätta limkraften (vatten / glas) med sammanhållningskraften (vatten / vatten). Sammanfattningsvis är det enda sättet att få flytande vatten att klistra fast från något att få det att hålla fast vid något annat (eller avdunsta det, men vi tänker inte på det här.)

Du kan också få en uppskattning av vattenmolekylernas klibbighet genom att hålla tungan på ett extremt kallt metallföremål, som en metallstängsel mitt i en vinter i Boston (okej, försök inte det). I det ögonblick som din tunga fryser till metallen har de intermolekylära interaktionerna knappast blivit starkare , men de tidigare flytande vattenmolekylerna är nu immobiliserade. I det här fallet är det förlusten av rörligheten hos vattenmolekylerna som gör att vi kan uppskatta hur extremt klibbiga de verkligen är.

Delvis relevant figur: Molekylär bild av frysning av vatten.

Slutligen får många lim som lim deras klibbighet från samma intermolekylära interaktioner. Huvudskillnaden är att många lim innehåller ett lösningsmedel som håller molekylerna rörliga och efter att lösningsmedlet avdunstat blir det ett orörligt fast ämne. När limet stelnar och molekylerna tappar sin rörlighet blir de svåra att ta bort.

Det finns andra faktorer som spelar in. Till exempel kan lim som redan har stelnat inte hålla fast vid andra saker, eftersom fasta ämnen har mindre förmåga att bilda nya kontakter på molekylär skala, vilket behövs för att vidhäftningen ska fungera. Olika typer av lim fungerar också med olika mekanismer; epoxier härdas på grund av kemisk tvärbindning snarare än avdunstning av lösningsmedel.Modellcement för plast fungerar genom att smälta de två plastytorna och låta deras molekyler låsas samman, så det skulle vara analogt med kardborre i molekylär skala (detta kallas ofta mekanisk vidhäftning).

Genom att titta på de olika mekanismerna är det möjligt att se varför olika typer av lim fungerar på olika ytor. Till exempel kan många typer av lim inte binda plast eftersom kolväte-molekylerna i plasten inte kan vätebindas med limmolekylerna.

Svar

Klibbighet kommer från van der Waals-krafter , även känd som internolekylära dragkrafter. De som är viktigast för klibbiga ämnen är dipol-dipol-interaktioner, som i grunden är elektrostatiska attraktionskrafter.

En polär molekyl är en som har en positiv och en negativ ände. När två dipoler (polära molekyler) kommer tillräckligt nära varandra lockar de positiva och negativa ändarna. När sockermolekyler, som är polära, blir våta och fäster vid ett ämne, kommer klibbigheten från en specifik typ av dipol-dipolinteraktion (kallas en vätebindning). Majs sirap och melass håller fast vid sig själva på grund av dessa vätebindningar också. Se följande webbplats för en bild av en vätebindning mellan två vattenmolekyler. Sackaros vätebindningar är lika. http://1.bp.blogspot.com/\_z\_etvXOnqPU/S84xjV8PYMI/AAAAAAAAAOI/D2Twpjj0a4k/s1600/800px-Hydrogen-bonding-in-water-2D.png

När kameleoner går uppför en vägg beror det på en klibbighet som bildas av intermolekylära krafter mellan hårstrån på fötterna och ytan på väggen. Om du känner att kameleontens fötter känns de inte klibbiga eftersom de inte interagerar (dvs bildar inte intermolekylära krafter) med din hand eftersom de inte är någon elektrostatisk attraktionskraft mellan dem och våra händer. Det finns andra intermolekylära krafter, såsom Londons spridningskrafter, som antagligen står för kameleontens förmåga att gå vertikalt uppför en vägg. Forskare och ingenjörer experimenterar för närvarande med att göra silikonreplikater av kameleontfötter för människors hand och fötter så att de en dag kan gå uppför en vägg. Silikonets starka intermolekylära kraft med en vägg gör att detta kan ske. Återigen är det den elektrostatiska attraktionskraften som orsakar detta.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *