Domanda:
Perché l'acqua in realtà non bagna perfettamente il vetro?
knzhou
2018-12-23 19:41:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Secondo molte fonti dei libri di testo delle scuole superiori, l'acqua bagna perfettamente il vetro.Cioè, l'adesione tra acqua e vetro è così forte che è energeticamente favorevole che una goccia d'acqua sul vetro si diffonda e ricopra l'intera superficie.Gli studenti sono spesso costretti a memorizzare questo fatto e molte domande di fisica lo usano come presupposto.

Tuttavia, è perfettamente ovvio che questo in realtà non accade.Se metti una goccia d'acqua sul vetro, potrebbe allargarsi un po ', ma non ricopre neanche lontanamente l'intera cosa.In effetti, non ho mai visto nulla di simile al fenomeno descritto come "bagnatura perfetta".

Si può effettivamente osservare una bagnatura perfetta per i materiali di uso quotidiano?In caso contrario, quali sono i principali fattori aggiuntivi che impediscono che ciò accada, come dicono i libri di testo?

Ho cancellato i commenti, molti dei quali sono stati resi obsoleti da una modifica e alcuni dei quali spingevano oltre i limiti di ciò che riteniamo appropriato.
Quattro risposte:
John Rennie
2018-12-23 20:04:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nella vita di tutti i giorni le superfici di vetro sono sempre ricoperte da uno strato di, beh, grezzo. Le superfici di vetro sono superfici ad alta energia a causa dell'elevata densità di gruppi idrossilici polari e attraggono praticamente qualsiasi cosa. Ciò significa che al di fuori di un laboratorio di scienze colloidali non incontrerai mai una superficie di vetro pulita.

Ho passato molti anni a condurre esperimenti riguardanti le interazioni con le superfici di vetro e per ottenere la superficie pulita abbiamo dovuto pulirla con acido cromico. Un rapido Google ha trovato istruzioni per farlo qui, ma se ti senti mai tentato di provarlo a casa, prendi nota del commento in quell'articolo:

Il bicromato deve essere maneggiato con estrema cura perché è un potente corrosivo e cancerogeno.

Se sopravvivi al processo di pulizia, scoprirai che una goccia d'acqua posta sul vetro ha un angolo di contatto effettivamente nullo e la goccia si diffonderà quasi completamente.

Ma è solo in queste condizioni estreme che vedrai questo. Basta lasciare il vetro esposto all'aria per alcune ore è sufficiente per rivestirlo con un monostrato di qualsiasi detrito organico se galleggia intorno (che se sono presenti gli umani è abbastanza :-). Una volta che questo accade, non stai misurando l'angolo di contatto sul vetro, lo stai misurando su qualsiasi pellicola organica che ricopre il vetro.

"Se sopravvivi al processo di pulizia" - John Ronnie, 2018
@MohammadZuhairKhan - Se ti è piaciuto, ti consiglio di leggere "La sabbia non ti salverà questa volta", sul trifluoruro di cloro.In particolare, "è anche ipergolico con cose come tessuti, legno e ingegneri di test",
Il dicromato sembra un po 'stravagante.Ho sempre usato un plasma asher, anche se non è proprio qualcosa che si potrebbe fare a casa.
@WhatRoughBeast La fisica è tutta una questione di sperimentazione.Quanti ingegneri di test abbiamo perso per raggiungere la certezza del 5 sigma?
Puoi pulire il vetro con un panno in microfibra.
@Chloe le gocce d'acqua si diffondono dopo la pulizia con un panno in microfibra?Sfortunatamente la risposta è no.In realtà non è pulito.Potrebbe non avere più ** aberrazioni ottiche **, ma non è necessariamente pulito solo perché non puoi vederlo.
Xkcd obbligatorio: https://xkcd.com/541/
Quindi, proprio la cosa che permette che ciò sia possibile è anche precisamente ciò che frustra l'osservazione in condizioni normali?
Inoltre, perché ha gruppi "idrossilici" esposti?Il vetro della finestra è fatto di silice.Non c'è idrogeno in questo.Quindi è in riferimento a qualche tipo di additivo o impurità?Questo significa che il vetro "puro" (cioè se fosse solo silice pura al 100%) _non_ sarebbe una superficie "perfettamente bagnabile" e di fatto non si chiuderebbe nemmeno a causa della completa assenza di gruppi OH?Inoltre, in tal caso, quanto dovrebbe diventare puro prima di notare una riduzione sostanziale della suscettibilità alla bagnatura?
AGGIUNGI: Cerco e noto che i comuni vetri delle finestre hanno alcuni altri componenti, ma sembrano tutti ossidi puri, senza idrogeno in nessuno di essi.
Il silicio @The_Sympathizer è tetravalente ma solo gli atomi di silicio nella massa possono creare tutti e quattro i legami.Gli atomi di silicio sulla superficie hanno legami penzolanti che sporgono dalla superficie e questi reagiscono con l'acqua per formare SiOH.
Hai un video di ciò che accade?Mi piacerebbe vederlo!
grazie, @JohnRennie, per aver rovinato per sempre la mia esperienza di bere da un bicchiere "pulito" ... [sto scherzando, grazie per queste informazioni qualificate!]
@MohammadZuhairKhan "Molti bothan <\ del> ingegneri di test sono morti per portarci queste informazioni."
@WhatRoughBeast Che ne dici di un po 'di azidoazide azide?Ho sentito alcuni chimici che lavoravano in un laboratorio specializzato nella determinazione dei limiti di stress di vari materiali che hanno giocato con alcuni nel 2011. Hanno fatto saltare in aria (almeno uno e probabilmente non hanno danneggiato lo) spettrometro di massa.
@Draco18s - Il titolo che ho fornito fa parte della serie "Things I Won't Work With" di Derek Lowe, e azidoazide azide ha il suo articolo, https://blogs.sciencemag.org/pipeline/archives/2013/01/09/things_i_wont_work_with_azidoazide_azides_more_or_less "Questo mostra un livello di persistenza davvero encomiabile, se ci pensi - non so te, ma uno spettrometro che esplode è generalmente sufficiente per far riconoscere un movimento di aggiornamento per la giornata."
@WhatRoughBeast Sì.Ho visto quell'articolo e ho guardato l'episodio di SciShow dopo che * loro * hanno letto l'articolo.Non mi rendevo conto che il titolo menzionato nel tuo ultimo commento faceva parte di quella serie (è una buona serie; anche se non ho mai tentato di leggerle tutte, mi sono imbattuto nell'una o nell'altra di tanto in tanto).
Noob
2018-12-25 01:53:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

È a causa dell'energia superficiale

enter image description here

Puoi semplicemente coprire il vetro con un sottile strato di materiale che ha una bassa energia superficiale (come il teflon) e quindi l'acqua / roba non si attaccherà (si attaccherà molto meno) ad esso ...

Controlla questo articolo sulla tensione superficiale su Toppr per molte più informazioni.

Per rispondere alla domanda, sì e no.

Il motivo per cui non osserviamo l'acqua, sparsa da sola, sul vetro, per quanto possibile, è perché >> vedi risposta accettata: D

Tuttavia, se lo spalmi tu stesso, potresti fare uno strato molto sottile di acqua che copre l'intero bicchiere, che potrebbe essere descritto come una bagnatura perfetta.

Per ulteriori informazioni: "Wetting", Wikipedia.

Non vedo come questo risponda alla domanda degli OP.Si attacca al vetro o no?
@pipe sì, l'acqua si attacca al vetro.
Alan Corey
2018-12-26 09:11:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dirò che è dovuto alla tensione superficiale.Nella fotografia in camera oscura, a meno che tu non stia attento, otterrai segni di gocce d'acqua sui tuoi negativi quando li appendi ad asciugare.C'è un prodotto commerciale chiamato Photoflo (sp?) Che ferma tutto questo.Essendo economico ho trovato un paio di gocce di normale detersivo liquido per piatti nell'ultimo risciacquo fa la stessa cosa molto più economico.Esistono anche "agenti umettanti" o un nome simile per i prodotti che metti nella lavastoviglie per evitare macchie d'acqua sui bicchieri, stessa idea.Questo è anche correlato a un classico esperimento per misurare lo spessore di una molecola di acido oleico mettendo una goccia a bagnomaria e misurando l'area in cui si diffonde.Scienze della terza media, 50 anni fa ma lo ricordo ancora.

Incredible II
2018-12-27 05:52:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La domanda è vaga: cosa si intende per "bagnare"? Si tratta di sapere se una goccia d'acqua si diffonderà spontaneamente su una superficie di vetro o se una goccia può essere diffusa su una superficie di vetro e non tendere a riformarsi in una o più gocce o goccioline?

Prima di tutto, il vetro avrà una superficie coperta dal vapore acqueo. La superficie dell'ossido afferra l'acqua dall'aria con una vendetta. Qualche centinaio di gradi C eliminerà la maggior parte di esso, forse> 300 C (a volte per ore nel vuoto) sono necessari per ottenerlo tutto. Ovviamente ci sono diversi tipi di occhiali; il vetro soda, che contiene le maggiori quantità di ossidi di silicio, sodio, calcio e alluminio, è il più comune.

Una goccia d'acqua non si diffonderà spontaneamente sul vetro. La fisica alla base di questo è che le molecole d'acqua come le molecole d'acqua (ricordate "il simile si dissolve come"?). Il termine "mi piace" non è scientifico: un termine migliore è "energia coesiva", che significa l'energia necessaria per estrarre una molecola d'acqua dalla goccia. Ad esempio, l'olio e l'acqua non si mescolano: l'attrazione dell'acqua per l'acqua è maggiore di quella dell'acqua per l'olio o dell'olio per l'acqua.

Questa discussione può anche essere fatta in termini di energia superficiale, ma penso che sia più chiara e più generalmente applicabile per lanciarla in termini di energia coesiva, che è vicina al significato di "calore di vaporizzazione".

La superficie del vetro ottiene un rivestimento idratato mediante adsorbimento sia fisico che chimico. Ciò significa che la superficie del vetro assomiglierà un po 'all'acqua, cioè, l'effettiva energia coesiva della superficie sarà un po' meno simile al vetro puro e leggermente più simile all'acqua. Nella battaglia per l'acqua, la goccia vincerà comunque, ma il bicchiere idratato subirà poche leccate. Al bicchiere piace molto e non viene sciolto dall'acqua.

Tuttavia, le gocce d'acqua possono essere sparse sul vetro mediante energia fisica come con una spatola (come in uno dei video di riferimento) senza riformarsi in gocce o goccioline.In questo caso l'acqua viene introdotta su superfici fresche idratate che idrata rapidamente e ancor di più.Quindi la superficie del vetro assomiglia più all'acqua per l'acqua.Ci vorrà energia per riformare le gocce: potrebbero non riformarsi spontaneamente.

Quindi la mia risposta è che il vetro può essere completamente inumidito in alcune circostanze, ma non nel (introvabile) purista dei sistemi, e non spontaneamente a meno che non venga agito da energie esterne.

L'entropia del mescolamento, l'energia libera della formazione di goccioline e altre complicazioni rovinano una discussione pura, ma penso che la discussione sopra ne ottenga la maggior parte.La descrizione quantitativa dei concetti sopra descritti sono utilizzati nell'industria dalla cosmetica alla metallurgia e si fondano sulla termodinamica chimica.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
Loading...