Was (auf atomarer Ebene) macht klebrige Dinge klebrig?

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Adhäsion oder Die Eigenschaft einer Substanz, an einer anderen zu haften, ergibt sich im Allgemeinen aus Wechselwirkungen zwischen Molekülen. Wie Atul erklärt, ist die Van-der-Waals-Wechselwirkung häufig für die Adhäsion verantwortlich, aber es gibt auch andere Arten von intermolekularen Wechselwirkungen, die in verschiedenen Situationen ins Spiel kommen – zum Beispiel ist die Wasserstoffbindung ein Hauptbestandteil der Klebrigkeit vieler Arten von Klebstoff.

Ein eng verwandtes Konzept ist Kohäsion , dh die Tendenz einer Substanz, an sich selbst zu haften. Durch die Kohäsion entsteht eine Oberflächenspannung , die Tendenz, dass sich die Oberfläche einer Flüssigkeit zusammenzieht – dies liegt daran, dass die Moleküle an der Oberfläche nicht so viele attraktive haben Wechselwirkungen im Vergleich zu den Molekülen in der Masse. In bestimmten Fällen führen Kohäsion und Oberflächenspannung auch zu dem, was wir als Klebrigkeit interpretieren.

Gewöhnliches Wasser ist ein interessantes Beispiel für Klebrigkeit. Wasser haftet an vielen Substanzen und macht sie nass, weil die Wassermoleküle auf molekularer Ebene Wasserstoffbrücken mit diesen Substanzen bilden. Wir denken jedoch normalerweise nicht, dass Wasser klebrig ist, weil es leicht ist, unsere Hände mit einer Serviette oder einem Handtuch abzutrocknen. Natürlich Die Tatsache, dass wir überhaupt abtrocknen können, liegt daran, dass die Wassermoleküle vom Handtuch angezogen werden – Wir ersetzen eine starke Haftkraft (Wasser / Haut) durch eine andere (Wasser / Handtuch) Der andere wichtige Faktor ist, dass w ater ist flüssig – dh die Moleküle in der Flüssigkeit sind sehr beweglich – so dass sie sich von der Haut zum Handtuch bewegen können.

Man kann sich leicht ein Experiment vorstellen, bei dem man die Klebrigkeit von Wasser wirklich schätzen kann. Versuchen Sie, die Oberfläche eines Objektträgers zu benetzen und einen weiteren Objektträger darauf zu legen. Sie werden feststellen, dass die Objektträger jetzt durch einen dünnen Wasserfilm zusammengeklebt sind und sich jetzt nur schwer direkt auseinander ziehen lassen (versuchen Sie es nicht zu sehr, oder Sie brechen das Glas). Diese Klebrigkeit ist darauf zurückzuführen Das Anhaften von Wasser an dem Glasobjektträger und die Kohäsion der Wassermoleküle aneinander. Um die Objektträger direkt auseinander zu ziehen, muss eine der folgenden Aktionen ausgeführt werden:

  • Ein Objektträger wird sauber weggezogen Dies wird niemals passieren, da die Haftung zwischen den Wassermolekülen und dem Objektträger sehr stark ist.
  • Der Wasserfilm wird in zwei Teile gezogen, was dazu führt Dies ist auch nahezu unmöglich, da die Kohäsionskraft zwischen den Wassermolekülen unterbrochen wird.

Um die Objektträger zu trennen, müssen Sie sie seitlich in entgegengesetzte Richtungen schieben Dabei werden Sie feststellen, dass das Wasser dazu neigt, zwischen den Objektträgern zu bleiben, und es perlt auch zu kleinen Tröpfchen auf die Glasoberfläche. Die Bildung kleiner Tröpfchen ist auf die Oberflächenspannung des Wassers zurückzuführen und das Kennzeichen für den Zusammenhalt. Sie trennen also die Objektträger, indem Sie die Haftkraft (Wasser / Glas) durch die Kohäsionskraft (Wasser / Wasser) ersetzen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der einzige Weg, um flüssiges Wasser von etwas zu lösen, darin besteht, es an etwas anderem haften zu lassen (oder es zu verdampfen, aber das berücksichtigen wir hier nicht.)

Sie können es auch Holen Sie sich eine Wertschätzung für die Klebrigkeit von Wassermolekülen, indem Sie Ihre Zunge an einen extrem kalten Metallgegenstand kleben, wie einen Metallzaunpfosten mitten in einem Winter in Boston (okay, versuchen Sie es nicht wirklich). In dem Moment, in dem Ihre Zunge zum Metall gefriert, sind die intermolekularen Wechselwirkungen kaum stärker geworden , aber die zuvor flüssigen Wassermoleküle sind jetzt immobilisiert. In diesem Fall ist es der Verlust der Mobilität der Wassermoleküle, der es uns ermöglicht zu erkennen, wie extrem klebrig sie wirklich sind.

Teilweise relevante Abbildung: Molekulares Bild des Gefrierens von Wasser.

Schließlich leiten viele Klebstoffe wie Klebstoff ihre Klebrigkeit aus denselben intermolekularen Wechselwirkungen ab. Der Hauptunterschied besteht darin, dass viele Klebstoffe ein Lösungsmittel enthalten, das die Moleküle mobil hält, und nachdem das Lösungsmittel verdampft ist, wird es zu einem unbeweglichen Feststoff. Wenn sich der Klebstoff verfestigt und die Moleküle ihre Beweglichkeit verlieren, wird es schwierig, sie zu entfernen.

Es kommen andere Faktoren ins Spiel. Zum Beispiel kann bereits erstarrter Klebstoff nicht an anderen Dingen haften, da Feststoffe weniger in der Lage sind, neue Kontakte im molekularen Maßstab zu bilden, was für die Haftung erforderlich ist. Außerdem arbeiten verschiedene Arten von Klebstoff nach verschiedenen Mechanismen. Epoxide werden eher durch chemische Vernetzung als durch Verdampfung des Lösungsmittels gehärtet.Modellzement für Kunststoffe funktioniert, indem die beiden Kunststoffoberflächen geschmolzen werden und ihre Moleküle ineinander greifen. Dies wäre im molekularen Maßstab analog zu Klettverschluss (dies wird häufig als mechanische Haftung bezeichnet).

Wenn Sie sich die verschiedenen Mechanismen ansehen, können Sie erkennen, warum verschiedene Arten von Klebstoff auf verschiedenen Oberflächen wirken. Beispielsweise können viele Arten von Leim keinen Kunststoff binden, da die Kohlenwasserstoffmoleküle im Kunststoff nicht in der Lage sind, Wasserstoff mit den Leimmolekülen zu verbinden.

Antwort

Klebrigkeit entsteht durch Van-der-Waals-Kräfte , auch als internolekulare Anziehungskräfte bekannt. Diejenigen, die für klebrige Substanzen am wichtigsten sind, sind Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, die im Grunde genommen elektrostatische Anziehungskräfte sind.

Ein polares Molekül hat ein positives und ein negatives Ende. Wenn zwei Dipole (polare Moleküle) nahe genug beieinander kommen, ziehen sich die positiven und negativen Enden an. Wenn Zuckermoleküle, die polar sind, nass werden und an einer Substanz haften, kommt die Klebrigkeit von einer bestimmten Art von Dipol-Dipol-Wechselwirkung (Wasserstoffbindung genannt). Auch Maissirup und Melasse haften aufgrund dieser Wasserstoffbrücken an sich. Auf der folgenden Seite finden Sie ein Bild einer Wasserstoffbrücke zwischen zwei Wassermolekülen. Die Wasserstoffbrückenbindungen von Saccharose sind ähnlich. http://1.bp.blogspot.com/\_z\_etvXOnqPU/S84xjV8PYMI/AAAAAAAAAOI/D2Twpjj0a4k/s1600/800px-Hydrogen-bonding-in-water-2D.png

Wenn Chamäleons eine Wand hinaufgehen, ist dies auf eine Klebrigkeit zurückzuführen, die durch intermolekulare Kräfte zwischen den Haaren an ihren Füßen gebildet wird und die Oberfläche der Wand. Wenn Sie die Füße des Chamäleons spüren, fühlen sie sich nicht klebrig an, weil sie nicht mit Ihrer Hand interagieren (dh keine intermolekularen Kräfte bilden), da zwischen ihnen keine elektrostatische Anziehungskraft besteht Sie und unsere Hände. Es gibt andere intermolekulare Kräfte, wie die Londoner Dispersionskräfte, die wahrscheinlich für die Fähigkeit des Chamäleons verantwortlich sind, vertikal eine Wand hinaufzugehen. Wissenschaftler und Ingenieure experimentieren derzeit damit, Silikonrepliken von Chamäleonfüßen für die Hände und Füße von Menschen herzustellen, damit sie eines Tages eine Wand hinaufgehen können. Die starke intermolekulare Kraft des Silikons mit einer Wand wird dies ermöglichen. Wiederum ist es die elektrostatische Anziehungskraft, die dies verursacht.

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