2.3 Molekulare Kräfte (in Flüssigkeiten) Flüssigkeit  kondensierte Form der Materie  molekulare Kräfte zwischen den mikroskopischen Teilchen (Atome, Moleküle) Größe solcher Kräfte: Kompressibilität k der Flüssigkeit inner-(intra-) molekulare Kräfte zwischen-(inter-) molekulare Kräfte Unterschied Laplace-Gesetz Zerreißfestigkeit einer Flüssigkeitssäule Beispiel Wasser: k = 4·10-10 Pa-1  DV/V = 4·10-5 bei Druck von 105Pa=1 bar Flüssigkeiten sind elastisch hart! Kräfte zwischen zwei polierten Glasflächen als Modell für zwei benachbarte Flüssigkeitsschichten  Kohäsion Kontakt Gewicht mit 10kg  100N

Mikroskopische Betrachtung Kräfte auf ein Molekül durch die umgebenden Moleküle R F D x mittlere Schichtdicke Oberfläche Kohäsion intermolekulare Kräfte F = R Arbeitsleistung zur Vergrößerung der Oberfläche  Oberflächenspannung s Spannen einer Oberfläche z.B. Lamelle b Wenn Vor- und Rückseite der Lamelle beachtet wird, ist dieser Ausdruck 2s. F Dx Beispiel s(H2O) = 7.3·10-2J/m2 Schwimmende Rasierklinge

Oberflächenspannung und Tropfenbildung Pipettenende Tropfen reißt ab, wenn: Schwerkraft > Kraft durch Oberflächenspannung Geometrie Material Tropfenform: Kugel, wenn frei schwebend Hg Druck in der Kugel durch Oberflächenspannung: r Volumenvergrößerung Hubarbeit: p·DV Oberflächenvergrößerung  Oberflächenenergie: sDA Beispiel Wasser s(20°C) = 7,3·10-2J/m2 r =1 mm  Innendruck p =14,6 Pa = 0,1 mmHg ziemlich klein sehr kleiner Tropfen (Modell: ein Molekül umgeben von einer Schicht Moleküle) R  2Å = 2·10-10m  p = 7,3·108 Pa  104bar, etwa eine Wassersäule von 100km Schwerkraft des Tropfens nur 2Å Säule  molekularen Kräfte sind groß gegenüber Schwerkraft

Adhäsion Saugfähigkeit Zellstoff Zwischen-(inter-) molekulare Kräfte zwischen Grenzflächen unterschiedlicher Materialien Gleichgewicht zwischen Kohäsion und Adhäsion  Form der Grenzflächen unvollkommen benetzend benetzend nicht benetzend Meniskus Adhäsion>>Kohäsion Adhäsion>Kohäsion Adhäsion<<Kohäsion Wasser/Glas Quecksilber Hg /Glas Kapillarkräfte: Spezialfall von Kohäsion und Adhäsion  biologische Systeme H2O/Glas Aszension Hg/Glas Depression Saugfähigkeit Zellstoff

Adhäsion als Grenzflächenenergie = R F Kohäsion > Adhäsion

Hg-Tropfen 30 Sekunden 15 Tropfen 0 Sekunden 205 Tropfen Statistische Verkleinerung der Gesamtoberfläche Minimum der Oberflächenenergie Hg-Tropfen Video