Adhäsion
Es ist die Adhäsion, die es dir ermöglicht verschiedene Oberflächen miteinander zu verkleben. In diesem Beitrag erfährst du was die Adhäsion genau ist und wo sie eine zentrale Rolle spielt.
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Inhaltsübersicht
Adhäsion einfach erklärt
Die Anziehungskräfte zwischen unterschiedlichen Molekülen, die einen Zusammenhalt ermöglichen, bezeichnet man als Adhäsions- oder Anhangskräfte. Die Adhäsionskraft ist eine Kraft, die nur eine geringe Reichweite besitzt. Die beteiligten Moleküle müssen sich daher in unmittelbarer Nähe befinden. Trotz der einfachen Kernidee hinter der Adhäsion, gibt es bisher keine einheitliche Theorie, die alle beobachteten Adhäsionsphänomene beschreiben kann. Stattdessen entstanden über die Zeit verschiedene Erklärungsansätze, über die du im Abschnitt „Adhäsion Physik“ mehr erfahren kannst.
Die Adhäsion beschreibt die Tendenz unterschiedlicher Atome, Moleküle oder Flächen, aneinander zu haften.
Die Adhäsion spielt in vielen Lebensbereichen eine wichtige Rolle. Insbesondere ist sie von zentraler Bedeutung beim Wassertransport innerhalb von Pflanzen, aber auch beim Abfluss von Tränen über den Tränennasengang. Weitere Details hierzu kannst du im Abschnitt „Adhäsion Beispiele“ finden.
Zugrunde liegende Theorien
Bisher gibt es keine einheitliche Theorie, die das Phänomen der Adhäsion erklären kann. Stattdessen gibt es verschiedene von der Situation abhängige Erklärungsansätze, die zwar alle auf unterschiedliche Konzepte beruhen, sich aber nicht gegenseitig ausschließen. Vielmehr ergänzen sich die Theorien gegenseitig und häufig werden für eine gegebene Situation alle möglichen Erklärungsansätze angewandt.
Die gängigsten Adhäsionstheorien basieren auf
- Adsorption und Benetzung: Die Adhäsion resultiert aus dem Kontakt zwischen zwei Materialien und den dabei entstehenden Oberflächenkräften. Eine Bindung entsteht durch die Adsorption von Molekülen auf dem Substrat und die daraus resultierenden Anziehungskräfte, die gewöhnlich als sekundäre Kräfte oder van-der-Waals-Kräfte bezeichnet werden.
- Mechanische Theorie: Hier wird davon ausgegangen, dass die Adhäsion durch die formschlüssigen Verklammerungen einer Phase in den mikroskopisch kleinen Poren und Vertiefungen an der Oberfläche eines Feststoffs entsteht.
- Elektrostatische Theorie: An der Grenzschicht werden Kräfte in Form einer elektrischen Doppelschicht erzeugt. Diese Kräfte sind in erster Linie Kräfte, die aus der Wechselwirkung von permanenten Dipolen entstehen.
- Diffusionstheorie: Die Anziehungskräfte entstehen durch die Diffusion von Molekülen von einem Material zum anderen über die Grenzfläche.
- Chemische Bindung: In diesem Ansatz geht man davon aus, dass Adhäsion durch die Entstehung von chemische Bindungen an der Grenzfläche erfolgt.
Die verschiedenen Theorien lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: physikalisch-mechanisch (mechanische Theorie, Diffusionstheorie, elektrostatische Theorie) und chemisch-thermodynamisch (Adsorption und Benutzung, Chemische Bindung).
Kapillarwirkung
Eine besonders elegante Möglichkeit Adhäsion zu beobachten, ist unter Ausnutzung der Kapillarwirkung von polaren Flüssigkeiten (z. B. Wasser). Dazu benötigst du nicht mehr als einen Behälter voller Wasser und ein dünnes Röhrchen, beispielsweise einen (durchsichtigen) Strohhalm. Steckst du den Strohhalm in den Wasserbehälter, so erkennst du, dass das Wasser im Strohhalm über den Wasserspiegel innerhalb des Behälters steigt.
Genau diese Beobachtung des spontanen Aufsteigen einer Flüssigkeit in einem engen Glasrohr beschreibt die Kapillarwirkung. Zwei verschiedene Arten von Kräften sind für diese Eigenschaft verantwortlich: Kohäsionskräfte, die intermolekularen Kräfte zwischen den Molekülen der Flüssigkeit, und Adhäsionskräfte, die Kräfte zwischen den Flüssigkeitsmolekülen und ihrem Behälter. Adhäsionskräfte treten auf, wenn ein Behälter aus einem Material besteht, das polare Bindungen aufweist. Beispielsweise enthält eine Glasoberfläche viele Sauerstoffatome mit teilweise negativen Ladungen, die für das positive Ende eines polaren Moleküls wie Wasser anziehend sind.
Da Wasser sowohl starke kohäsive Kräfte als auch starke Adhäsionskräfte an Glas hat, zieht es sich an einem Glasrohr hoch. Wie hoch das Wasser in einem Glasrohr steigt, hängt von der Oberflächenspannung ab.
Adhäsion Beispiele
Die Adhäsion spielt in vielen Lebensbereichen eine entscheidende Rolle. Im Folgenden werden wir dir ein paar Beispiele nennen.
Durch die Kapillarwirkung kann die Tränenflüssigkeit, die von der Tränendrüse am Auge gebildet wird, durch zwei Tränenröhrchen über den Tränennasengang entweichen. Das ermöglicht, dass die durchgehend produzierten Tränen abfließen können. Außerdem erklärt das, weswegen man bei Verwendung von Augentropfen diese „schmecken“ kann und auch weshalb die Nase, wenn wir weinen, läuft.
Pflanzen benötigen eine ständige Zufuhr von Wasser und gelösten Mineralien aus dem Boden. Diese wird als Xylemsaft bereitgestellt, eine Lösung aus Wasser und anorganischen Nährstoffen, die von den Wurzeln durch das Sprosssystem zu den Blättern fließt. Xylemsaft fließt durch sehr dünne Röhren innerhalb des Xylemgewebes. Die Saftbewegung wird durch die Kohäsion und die Adhäsion von Wassermolekülen unterstützt.
Klebstoffe ermöglichen es Flächen miteinander zu verbinden, da zwischen Klebstoff und Oberflächen unter anderem Adhäsionskräfte wirken. Der Klebstoff wirkt in diesem Sinne als ein Vermittler von Adhäsion.
Adhäsion vs. Kohäsion
Wir hatten bereits erwähnt, dass für die Kapillarwirkung zwei Kräfte entscheidend sind: Die Adhäsionskraft und die Kohäsionskraft. In diesem abschließenden Abschnitt verdeutlichen wir kurz den Unterschied zwischen diesen beiden Kräften.
Während die Kohäsion die Anziehungskräfte zwischen Molekülen gleichen Typs beschreibt, bezeichnet Adhäsion die Anziehungskräfte zwischen Molekülen unterschiedlichen Typs.
Den Unterschied kann man sich erneut unter Ausnutzung der Kapillarwirkung veranschaulichen. In polaren Flüssigkeiten wie Wasser sind die Adhäsionskräfte zwischen dem Glasrohr und den Wassermolekülen stärker als die Kohäsionskräfte zwischen den Wassermolekülen untereinander, weswegen sich eine konkave Wasseroberfläche ausbildet. In nicht-polaren Flüssigkeiten wie Quecksilber sind die Kohäsionskräfte stärker als die Adhäsionskräfte zwischen dem Glasrohr und den Molekülen des Quecksilbers, wodurch eine konvexe Quecksilberoberfläche entsteht.
