Diffusion, viskositet, sedimentation, ytspänning, ytkemi

Question 1

Vad är diffusion?

Answer 1

spontan utbredning av ett ämne, orsakad av slumpvisa förändringar i egenrörelserna (brownsk rörelse) hos ämnets atomer eller molekyler.

Question 2

Formeln

Answer 2

X är avståndet en partikel diffunderar under en viss tid. D är diffusionskonstanten och ges av ämnet partikeln befinner sig i, och t är tiden.

Question 3

Vad innebär brownsk rörelse?

Answer 3

Ett begrepp som beskriver hur pariklar rör sig slumpmässigt. Alltid störst sannorlikhet att partikeln inte rört sig alls eftersom sannorlikheten att den rör sig upp, ner, höger eller vänster är lika stor.

Question 4

Vad är viskositet?

Answer 4

Ett mått på det motstånd en vätska utövar på ett flöde.

Question 5

Vilka faktorer beror viskositet på?

Answer 5

1. Arean i kontakt med vätskan
2. Hastigheten på den rörliga ytan
3. Avståndet mellan den fasta och den rörliga ytan

Question 6

Förklara viskositet på en molekylär nivå i korthet.

Answer 6

När ett objekt med area A dras horisontellt över en vätska med viskositeten x kommer vätskemolekylerna i det lager som är i kontakt med objektet att få en del av rörelseenergin från objektet och börja röra på sig. Hur starka de intermolekylära krafterna mellan vätskemolekylerna är avgör hur mycket energi som går åt att flytta molekylerna. Ju starkare intermolekylära bindningar i vätskan desto högre viskositet.

Question 7

Viskositet är stark sammankopplad med friktion, detta ser man också i Stokes lag för en sfär: f = 6 π𝜂a
Där f = friktionskoefficienten, a=radien på sfären, 𝜂 = viskositeten. Vad säger formeln egentligen?

Answer 7

Större radie eller högre viskositet –> högre friktionskraft

Question 8

Olika vätskor har olika viskositet, vilka faktorer beror viskositeten hos en vätska på?

Answer 8

Viskositeten hos en vätska beror på

1. formen hos molekylerna (sfär är formen som ger minst area)
2. massan hos molekylerna –> hög massa = hög viskositet.
3. Antalet molekyler –> högre antal = högre viskositet

Question 9

Varför är formen på en molekyl viktig för viskositeten?

Answer 9

.

Question 10

Stora molekyler som polymerer kan ha olika form beroende på i vilket lösningsmedel de befinner sig. Jämför en lång tung molekyl i opolärt/polärt lösningsmedel.

Answer 10

• För ett lösningsmedel som inte löser polymeren speciellt bra så rullar polymeren
ihop sig för att interagera så lite som möjligt med lösningsmedlet. Då får
polymeren en form som är nästan sfärisk. => a≈ 0
• För ett lösningsmedel som är löser polymeren bra, så vill polymeren interagera med
lösningsmedlet => mer utsträckt form på polymeren => a ≈ 1 till 2.
Hög viskositet för långsträckta molekyler med hög massa

Question 11

Ange en metod för att mäta viskositet.

Answer 11

Oswalds viskosimeter: en mätare med två behållanre för att hålla vätska på olika höjder, som sitter ihop med en kapillär. Genom att mäta tiden det tar för vätskan att ta sig igenom kapillären kan man räkna ut viskositeten.

Question 12

Vad är sedimentation?

Answer 12

Fenomenet som gör att partiklar i en vätska sjunker till botten när den nedåtriktade kraften (Ft=mg) övervinner uppåtriktande krafter (vätskans lyftkraft Fl: Fl = -V rho g där V är volymen för den undanträngda vätskan, och friktionen Ff: m^2/s där friktionskoefficienten f, och hastigheten v)

Question 13

Beskriv har det ser ut och vilka krafter som påverkar när man släpper en kula med massa x i en vätska med densitet y och låter kulan falla höjden z.

Answer 13

Initialt har kulan ingen hastighet och ingen friktion, men så fort den kommit ner en bit börjar friktion och vätskans lyftkraft verka uppåt medan tyngdkraften verkar nedåt. Kulan börjar accelerera tills en jämvikt uppnås mellan uppåtriktade och nedåtriktade krafter och kulan rör sig neråt med en konstant hastighet.

Question 14

Jämför sedimentation och diffusion.

Answer 14

• Sedimentation har en bestämd riktning i rörelsen (pga gravitationen), medans diffusion är en slumpvis riktad rörelse
• Sedimentationen är snabbare ju större partiklar vi har och långsammare för mindre partiklar medans diffusionen är snabbare för mindre partiklar och långsammare för större partiklar.
• I diffusion är temperaturen speciellt viktig eftersom diffusion beror på rörelserna hos molekylerna. Hög temperatur ger snabbare diffusion. I sedimentation är temperaturen inte lika viktig.

Question 15

Vad är ytspänning?

Answer 15

Ytspänning är det fenomen som uppstår vid gränsytor mellan två ämnen som det är energimässigt dyrt för att blandas. De två ämnena försöker ha så liten gränsyta mellan dem som möjligt och hur stark ytspänningen är beror på styrkan på ämnenas intermolekylära krafter.

Katarina: Ytspänning kan beskrivas som det arbete per areaenhet som behövs för att generera ny ytarea.

Question 16

Varför krävs arbete för att skapa ny gränsyta?

Answer 16

Molekyler vid ytan har högre (fri) energi än molekyler

som befinner sig i vätskebulken. Om ytan ökas måste fler molekyler transporteras från bulken till den ogynnsamma ytan.

Question 17

Hur ser gränsytan ut för en:

a) äkta bubbla
b) gasbubbla
c) droppe

Answer 17

a) äkta bubbla: två gränsytor - en på in- och en på utsidan
b) gasbubbla: endast en gränsyta på utsidan, gasen i bubblan är samma ämne som inre ytan av bubblan.
c) droppe: En gränsyta på utsidan.

Question 18

Vad innebär “laplace tryck”?

Answer 18

Laplace-trycket är tryckskillnaden mellan insidan och utsidan av en krökt yta som bildar gränsen mellan två ämnen. Ett övertryck uppstår när kraften som “vill” öka bubblans storlek och kraften som vill minska bubblans storlek (beroende på ytspänning) står i jämvikt.

Pin – Pout = ∆P = 2γ/r

För äkta bubbla: Pin – Pout = ∆P = 2x2γ/R på grund av att den har två gränsytor.

Question 19

Vad innebär kapillärverkan?

Answer 19

.

Question 20

Beskriv hur följande situationer för kapillärverkan ser ut, och deras kontaktvinkel: Fullständig vätning, Ofullständig vätning, Ingen kapillärverkan, Depression.

Answer 20

.

Question 21

Om man ska blanda olja och vatten kan man göra det genom att använda ett ytaktivt ämne, förklara hur detta går till på molekylär nivå.

Answer 21

Genom att tillsätta ett ytaktivt ämne gör man en emulsion, vilket innebär att det ytaktiva ämnet lägger sig runt mindre droppar av oljan med den hydrofoba delen i oljedroppen och den hydrofila delen ut i vattnet, och man får då en lösning med många små små fettdroppar i.