نیروهای بین مولکولی

متراکم کردن آب عملاً امکان‌پذیر نیست. برای توجیه پدیده‌هایی مشابه این، باید به نیروهای بین مولکولی در یک مایع توجه کنیم. به طور کلی، نیروهای بین مولکول‌های همسان مانند نیروهای بین مولکول‌های آب را نیروی هم‌چسبی می‌نامیم. وقتی سعی می‌کنیم فاصلهٔ بین مولکول‌های مایع را کم کنیم نیروی دافعهٔ بزرگی بین آنها ظاهر می‌شود که از تراکم‌پذیری مایع جلوگیری می‌کند. همین طور وقتی مولکول‌های مایع را کمی از هم دور کنیم، نیروی جاذبهٔ بین آنها ظاهر می‌شود. این جاذبه در قطرهٔ آب آویزان از شاخهٔ درخت دیده می‌شود.

دو ویژگی مهم نیروهای بین مولکولی

1) نیروهای بین مولکولی کوتاه بُرد هستند. یعنی، وقتی فاصلهٔ بین مولکول‌ها به چند برابر ابعاد مولکول می‌رسد، بسیار کوچک و عملاً صفر می‌شوند. به همین دلیل است که این نیرو در گازها دیده نمی‌شود.
2) وقتی فاصلهٔ بین مولکول از حد معینی (نسبت به ابعاد مولکول) کمتر شود نیروی بین مولکولی دافعه است. همین موضوع سبب می‌شود که متراکم کردن مایع‌ها (و جامدها) بسیار بسیار دشوار باشد.
نیروهای بین مولکولی در محدوده چندین مولکول مجاور عمل می‌کنند. وقتی قطعه‌های یک شیشهٔ شکسته را به یکدیگر نزدیک می‌کنیم، در واقع فاصله بین مولکول‌های قسمت شکسته شده مربوط به هر قطعه با قطعهٔ دیگر، بسیار بیشتر از ابعاد یک مولکول شیشه است و چون نیروهای بین مولکولی در این ابعاد فاصله، عمل نمی‌کنند، لذا دو قطعهٔ شیشه به هم نمی‌چسبند. با گرم کردن دو قطعهٔ شیشه‌ای، نوسان مولکول‌های دو قطعهٔ شیشه‌ای که مجاور هم قرار گرفته‌اند افزایش می‌یابد و همین سبب می‌شود تا فاصله بین مولکول‌های مجاور به چندین مولکول برسد و نیروهای بین مولکولی عمل کنند و قطعه‌ها به یکدیگر بچسبند.
تألیفی

1 چندتا از عبارت‌های زیر درست است؟
الف) نیروهای بین مولکولی در گازها دیده نمی‌شود زیرا کوتاه بُرد هستند و در فاصله‌ای چند برابر ابعاد مولکول بسیار کوچک و عملاً صفر می‌شوند.
ب) متراکم کردن مایع‌ها و جامدها بسیار دشوار است زیرا نیروی بین مولکولی در فواصل کوتاه دافعه است.
پ) دو قطعهٔ شیشه شکسته به هم نمی‌چسبند زیرا فاصلۀ بین مولکولی در آنها زیاد شده و نیروهای بین مولکولی عمل نمی‌کنند.
ت) نیروهای بین مولکول‌های همسان را نیروی هم‌چسبی می‌نامیم.
ث) قطرهٔ آب آویزان از شاخهٔ درخت به علت نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های آب است.

  1.  
    5
       
  2.  
    4
       
  3.  
    3
       
  4.  
    2
       

پاسخ: گزینۀ 1

کشش سطحی:

نشستن یا راه رفتن برخی حشره‌ها روی سطح آب، شناور ماندن گیرۀ فلزی کاغذی روی سطح آب و تشکیل حباب‌های آب و صابون نمونه‌هایی از وجود کشش سطحی هستند. کشش سطحی ناشی از هم‌چسبی مولکول‌های سطح مایع است و آن را می‌توان با نیروهای بین مولکولی توضیح داد. به دلیل نیروهای ربایشی که مولکول‌های سطح مایع به یکدیگر وارد می‌کنند سطح مایع شبیه یک پوستهٔ تحت کشش رفتار می‌کند و کشش سطحی روی می‌دهد. با کشش سطحی همچنین می‌توان توضیح داد که چرا قطره‌هایی که آزادانه سقوط می‌کنند تقریباً کروی‌اند. به ازای حجمی معین، کره نسبت به هر شکل هندسی دیگری، کوچک‌ترین مساحت سطح را دارد. به این ترتیب سطح قطره‌ای که آزادانه سقوط می‌کند مانند یک پوسته کشیده شده، تمایل به کمینه کردن مساحتش را دارد.
افزایش دما باعث کاهش نیروی هم‌چسبی و کشش سطحی می‌شود. علت اینکه شستن لباس و ظروف در آب گرم نتیجۀ بهتری دارد نیز همین موضوع می‌باشد. همچنین افزودن موادی مثل صابون و دیگر مواد شوینده به آب نیز به منظور کاهش نیروی هم‌چسبی و کشش سطحی می‌باشد.

تَرشوندگی:

هنگامی که دو مادهٔ مختلف در تماس با یکدیگر قرار گیرند نیز جاذبهٔ مولکولی مشابهی بین مولکول‌های آنها ظاهر می‌شود که به آن نیروی دگرچسبی می‌گوییم. هم‌چسبی و دگرچسبی هر دو نیروهایی بین مولکولی هستند. تفاوت آنها در این است که هم‌چسبی، جاذبه بین مولکول‌های همسان و دگرچسبی جاذبه بین مولکول‌های ناهمسان است.
هرگاه مایعی در تماس با جامدی قرار گیرد دو حالت می‌تواند رخ دهد. یکی اینکه دگرچسبی بین مولکول‌های مایع و جامد از هم‌چسبی بین مولکول‌های مایع بیشتر باشد. در این صورت می‌گوییم مایع، جامد را تر یا خیس می‌کند. مثلاً آب، سطح شیشهٔ تمیز را خیس می‌کند و روی آن پهن می‌شود. اما اگر نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های مایع از نیروی دگرچسبی بین مولکول‌های مایع و جامد بیشتر باشد می‌گوییم مایع جامد را تر نمی‌کند. مثلاً سطح شیشه با جیوه خیس نمی‌شود و جیوه به شکل قطره روی سطح شیشه باقی می‌ماند.
اضافه شدن یک لایهٔ دوده یا روغن به سطح شیشه، سبب می‌شود که ارتباط بین مولکول‌های آب با مولکول‌های شیشه قطع شود و به یکدیگر نیرویی وارد نکنند و دیگر شیشه را تر نکند. (توجه کنید ضخامت لایۀ روغن یا لایهٔ دود، ده‌ها برابر ابعاد یک مولکول آب یا شیشه است). از آنجا که نیروهای بین مولکولی کوتاه برد هستند، همین امر سبب می‌شود رفتار مولکول‌های آب‌ روی سطح دوده یا روغن نسبت به حالتی که روی سطح شیشه ریخته می‌شود تغییر کند.
تألیفی

2 ............ ، جاذبه بین مولکول‌های همسان و ............ جاذبه بین مولکول‌های ناهمسان است. افزایش دما و افزودن موادی مثل صابون به آب باعث ............ نیروی هم‌چسبی و کشش سطحی مولکول‌های آب می‌شود و اضافه شدن یک لایهٔ دوده یا روغن به سطح شیشه باعث ............ نیروی دگرچسبی مولکول‌های آب و شیشه می‌شود.

  1.   هم‌چسبی، دگرچسبی، افزایش، کاهش    
  2.   دگرچسبی، هم‌چسبی، افزایش، کاهش    
  3.   هم‌چسبی، دگرچسبی، کاهش، کاهش    
  4.   دگرچسبی، هم‌چسبی، افزایش، افزایش    

پاسخ: گزینۀ 3
تألیفی

3 کشش سطحی ناشی از ............ مولکول‌های سطح مایع است و تَرشوندگی زمانی رخ می‌دهد که دگرچسبی بین مولکول‌های مایع و جامد از هم‌چسبی بین مولکول‌های مایع ............ باشد به همین دلیل سطح شیشه با جیوه خیس ............ .

  1.   هم‌چسبی، کمتر، می‌شود    
  2.   هم‌چسبی، بیشتر، نمی‌شود    
  3.   دگرچسبی، کمتر، نمی‌شود    
  4.   دگرچسبی، بیشتر، می‌شود    

پاسخ: گزینۀ 2

اثر مویینگی:

لوله‌هایی که قطر داخلی آنها حدود یک دهم میلی‌متر (~0/1 mm) باشد، معمولاً لولهٔ مویین نامیده می‎شوند. واژهٔ مویین به معنی (مُو مانند) است. آزمایش نشان می‎دهد اگر چند لولهٔ مویین شیشه‌ای و تمیز را وارد یک ظرف آب کنیم، آب در لوله‌های مویین بالا می‎رود و سطح آن بالاتر از سطح آب ظرف قرار می‎گیرد. همچنین هرچه قطر لولهٔ مویین کمتر باشد ارتفاع ستون آب در آن بیشتر است. افزون بر اینها سطح آب در بالای لوله‌های مویین فرورفته است.
اثر مویینگی برای آب
اگر همین آزمایش‌ها را با جیوه انجام دهیم مشاهده می‌کنیم که جیوه در لوله‌های مویین مقداری بالا می‌رود ولی سطح آن پایین‌تر از سطح جیوهٔ ظرف قرار می‌گیرد. همچنین هرچه قطر لولهٔ مویین کمتر باشد ارتفاع ستون جیوه در آن کمتر است. افزون بر اینها سطح جیوه در لولهٔ مویین برآمده است. اثر مویینگی در لوله‌های با قطر داخلی بزرگ‌تر از لوله‌های مویین نیز قابل مشاهده است.
اثر مویینگی برای جیوه
برای توجیه فیزیکی تفاوت اثر مویینگی آب و جیوه، باید به نیروهای هم‌چسبی و دگرچسبی توجه کرده و اندازهٔ آنها را با یکدیگر مقایسه کنیم. آب تمایل به چسبیدن به دیواره‌های شیشه‌ای دارد زیرا نیروی دگرچسبی بین مولکول‌های آب و مولکول‌های شیشه بیشتر از نیروی هم‌چسبی بین مولکول‌های آب است. در نتیجه آب سطح شیشه را خیس می‌کند و در لوله بالا می‌رود. در مورد جیوه نیروی دگرچسبی بین مولکول‌های جیوه و مولکول‌های شیشه کمتر از نیروی هم‌چسبی بین خود مولکول‌های جیوه است. در نتیجه جیوه سطح شیشه را خیس نمی‌کند و سطح جیوه در لولهٔ مویین پایین‌تر از سطح جیوه درون ظرف قرار می‌گیرد.
تألیفی

4 آب در لوله‌های مویین بالا می‎رود و سطح آن ............ از سطح آب ظرف قرار می‎گیرد. همچنین هرچه قطر لولهٔ مویین کمتر باشد ارتفاع ستون آب در آن ............ است. افزون بر اینها سطح آب در بالای لوله‌های مویین ............ است.

  1.   پایین‌تر، بیشتر، برآمده    
  2.   بالاتر، کمتر، برآمده    
  3.   بالاتر، بیشتر، فرو رفته    
  4.   پایین‌تر، کمتر، فرو رفته    

پاسخ: گزینۀ 3
تألیفی

5 جیوه در لوله‌های مویین بالا می‌رود و سطح آن ............ از سطح جیوهٔ ظرف قرار می‌گیرد. همچنین هرچه قطر لولهٔ مویین کمتر باشد ارتفاع ستون جیوه در آن ............ است. افزون بر اینها سطح جیوه در لولهٔ مویین ............ است.

  1.   پایین‌تر، بیشتر، فرو رفته    
  2.   بالاتر، کمتر، فرو رفته    
  3.   بالاتر، بیشتر، برآمده    
  4.   پایین‌تر، کمتر، برآمده    

پاسخ: گزینۀ 4
تألیفی

6 کدام گزینه نادرست است؟

  1.   نشستن یا راه رفتن برخی حشره‌ها روی سطح آب، شناور ماندن گیرۀ فلزی کاغذی روی سطح آب نمونه‌هایی از وجود کشش سطحی هستند.    
  2.   علت کروی بودن قطره‌ها هنگام سقوط آزاد را می‌توان با نیروی دگرچسبی توضیح داد.    
  3.   کشش سطحی باعث می‌شود سطح مایع شبیه یک پوستهٔ تحت کشش رفتار کند.    
  4.   لوله‌هایی که قطر داخلی آنها حدود یک دهم میلی‌متر باشد، معمولاً لولهٔ مویین نامیده می‎شوند.    

پاسخ: گزینۀ 2
نشستن یا راه رفتن برخی حشره‌ها روی سطح آب، شناور ماندن گیرۀ فلزی کاغذی روی سطح آب، تشکیل حباب‌های آب و صابون و کروی بودن قطره‌ها هنگام سقوط آزاد نمونه‌هایی از وجود کشش سطحی هستند. به ازای حجمی معین، کره نسبت به هر شکل هندسی دیگری، کوچک‌ترین مساحت سطح را دارد. به این ترتیب سطح قطره‌ای که آزادانه سقوط می‌کند مانند یک پوسته کشیده شده، تمایل به کمینه کردن مساحتش را دارد.

بعدیقبلی

هیچ نظری ثبت نشده

×


تست‌های کنکور‌های سراسری درس فیزیک رشته ریاضی
مشاهده
تست‌های تألیفی درس فیزیک رشته ریاضی و تجربی
مشاهده
تست‌های کنکور‌های سراسری درس فیزیک رشته تجربی
مشاهده