Menisco (chimie): en quoi ça consiste et quels types

Le ménisque est la courbure de la surface d'un liquide. En outre, il s'agit de la surface libre d'un liquide dans l'interface liquide-air. Les liquides se caractérisent par leur volume fixe, leur incompressibilité.

Cependant, la forme des liquides varie en fonction de la forme du récipient qui les contient. Cette caractéristique est due au mouvement aléatoire des molécules qui les forment.

Les liquides ont la capacité de couler, une densité élevée et se répandent rapidement dans d'autres liquides avec lesquels ils sont miscibles. Ils occupent par gravité la zone la plus basse du conteneur, laissant dans la partie supérieure une surface libre qui n’est pas totalement plane. Dans certaines circonstances, ils peuvent adopter des formes spéciales telles que des gouttes, des bulles et des bulles.

Les propriétés des liquides, telles que le point de fusion, la pression de vapeur, la viscosité et la chaleur de vaporisation, dépendent de l’intensité des forces intermoléculaires qui assurent la cohésion des liquides.

Cependant, les liquides interagissent également avec le récipient par les forces d'adhésion. Le ménisque découle alors de ces phénomènes physiques: la différence entre les forces de cohésion des particules du liquide et l’adhésion qui leur permet de mouiller les parois.

Quel est le ménisque?

Comme on vient de l'expliquer, le ménisque résulte de plusieurs phénomènes physiques, parmi lesquels la tension superficielle du liquide peut également être mentionnée.

Forces de cohésion

Les forces de cohésion sont le terme physique qui explique les interactions intermoléculaires au sein du liquide. Dans le cas de l'eau, les forces de cohésion sont dues à l'interaction dipôle-dipôle et aux liaisons hydrogène.

La molécule d'eau est de nature bipolaire. Cela est dû au fait que l'oxygène dans la molécule est électronégatif, car il a une plus grande avidité pour les électrons que pour les atomes d'hydrogène, ce qui détermine que l'oxygène reste avec une charge négative et que les atomes d'hydrogène sont chargés positivement.

Il existe une attraction électrostatique entre la charge négative d’une molécule d’eau située dans l’oxygène et la charge positive d’une autre molécule d’eau située dans l’hydrogène.

Cette interaction est connue sous le nom d’interaction ou force dipôle-dipôle, qui contribue à la cohésion du liquide.

Forces d'adhésion

D'autre part, les molécules d'eau peuvent interagir avec les parois du verre en chargeant partiellement les atomes d'hydrogène des molécules d'eau qui se lient fortement aux atomes d'oxygène à la surface du verre.

Ceci constitue la force d'adhérence entre le liquide et la paroi rigide; On dit familièrement que le liquide mouille le mur.

Lorsqu'une solution de silicone est placée à la surface du verre, l'eau n'imprègne pas complètement le verre, mais des gouttelettes se forment sur celui-ci et s'enlèvent facilement. Ainsi, il est indiqué qu'avec ce traitement, la force d'adhérence entre l'eau et le verre diminue.

Un cas très similaire se produit lorsque les mains sont grasses et qu'une fois lavées à l'eau, vous pouvez voir des gouttes très définies sur la peau au lieu d'une peau humide.

Types de ménisque

Il existe deux types de ménisque: le concave et le convexe. Dans l'image, le concave est A et le convexe B. Les lignes en pointillés indiquent le marquage correct lors de la lecture d'une mesure de volume.

Concave

Le ménisque concave est caractérisé en ce que l'angle de contact θ formé par la paroi du verre avec une ligne tangente au ménisque et qui, introduit dans le liquide, a une valeur inférieure à 90 °. Si une quantité de liquide est placée sur le verre, il a tendance à s'étaler à la surface du verre.

La présence d'un ménisque concave montre que les forces de cohésion dans le liquide sont inférieures à la force d'adhésion de la paroi de verre.

Par conséquent, le liquide baigne ou mouille la paroi de verre, en retenant une quantité de liquide et concave le ménisque. L'eau est un exemple de liquide qui forme un ménisque concave.

Convexe

Dans le cas du ménisque convexe, l'angle de contact θ a une valeur supérieure à 90 °. Le mercure est un exemple de liquide qui forme un ménisque convexe. Lorsqu'une goutte de mercure est déposée sur une surface de verre, l'angle de contact 0 a une valeur de 140 °.

L'observation d'un ménisque convexe indique que les forces de cohésion du liquide sont plus importantes que la force d'adhérence entre le liquide et la paroi de verre. On dit que le liquide ne mouille pas le verre.

Les forces superficielles de cohésion (liquide-liquide) et d'adhésion (liquide-solide) sont responsables de nombreux phénomènes d'intérêt biologique; c'est le cas de la tension superficielle et de la capillarité.

Tension superficielle

La tension superficielle est une force d’attraction nette qui s’exerce sur les molécules du liquide qui se trouvent à la surface et qui tend à les introduire dans le liquide.

Par conséquent, la tension superficielle tend à lier le liquide et à lui donner des ménisques plus concaves; ou en d'autres termes: cette force tend à enlever la surface du liquide de la paroi de verre.

La tension superficielle tend à diminuer avec l'augmentation de la température, par exemple: la tension superficielle de l'eau est égale à 0, 076 N / m à 0 ° C et à 0, 059 N / m à 100 ° C.

Pendant ce temps, la tension superficielle du mercure à 20 ° C est de 0, 465 N / m. Cela expliquerait pourquoi le mercure forme des ménisques convexes.

Capillarité

Si l'angle de contact 0 est inférieur à 90 ° et que le liquide mouille la paroi de verre, le liquide à l'intérieur des capillaires de verre peut monter jusqu'à ce qu'une condition d'équilibre soit atteinte.

Le poids de la colonne de liquide est compensé par la composante verticale de la force de cohésion due à la tension superficielle. La force d'adhésion n'intervient pas car elles sont perpendiculaires à la surface du tube.

Cette loi n'explique pas comment l'eau peut remonter des racines aux feuilles à travers les vaisseaux du xylème.

En réalité, d'autres facteurs interviennent à cet égard, par exemple: lorsque l'eau s'évapore dans les feuilles, les molécules d'eau situées dans la partie supérieure des capillaires peuvent être aspirées.

Cela permet à d'autres molécules du fond des capillaires de s'élever pour occuper le site des molécules d'eau évaporées.