Viskositeetti on tieteellinen termi, joka kuvaa nesteen virtauskestävyyttä. Neste voi olla neste tai kaasu, mutta termi liittyy yleisemmin nesteisiin. Yksinkertaisena esimerkkinä siirapin viskositeetti on paljon suurempi kuin veden: lusikan siirtäminen siirappipurkin läpi vaatii enemmän voimaa kuin vesipurkissa, koska siirappi kestää paremmin lusikan ympäri virtaamista. Tämä vastus johtuu nesteen molekyylien tuottamasta kitkasta ja vaikuttaa sekä siihen, missä määrin neste vastustaa esineen liikettä sen läpi, että paineeseen, joka tarvitaan nesteen liikkumiseen putken tai putken läpi. Viskositeettiin vaikuttavat monet tekijät, mukaan lukien molekyylien koko ja muoto, niiden väliset vuorovaikutukset ja lämpötila.
Mittaus
Nesteen viskositeettia voidaan mitata useilla tavoilla laitteilla, joita kutsutaan viskosimetreiksi. Ne voivat joko mitata ajan, joka kuluu nesteen siirtymiseen tietylle etäisyydelle putken läpi, tai aikaa, joka kuluu tietyn kokoisen ja tiheyden omaavan esineen putoamiseen halutun nesteen läpi. SI-mittayksikkö tälle on pascal-sekunti, kun pascal on paineen yksikkö. Siksi tätä laatua mitataan paineen ja ajan perusteella, joten viskoosinen neste kuluu tietyn paineen alla tietyn etäisyyden siirtämiseen enemmän aikaa kuin vähemmän viskoosi.
Viskositeettiin vaikuttavat tekijät
Yleensä suuremmilla, monimutkaisemmilla molekyyleillä olevilla nesteillä on korkeampi viskositeetti. Tämä pätee erityisesti pitkiin, ketjun kaltaisiin molekyyleihin, joita löytyy polymeereistä ja raskaimmista hiilivetyyhdisteistä. Näillä molekyyleillä on taipumus sotkeutua toisiinsa, mikä estää niiden liikkeen.
Toinen tärkeä tekijä on tapa, jolla molekyylit ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Polaariset yhdisteet voivat muodostaa vetysidoksia, jotka yhdistävät erilliset molekyylit yhteen, mikä lisää yleistä virtaus- ja liikevastusta. Vaikka vesi on polaarinen molekyyli, sen viskositeetti on alhainen, koska sen molekyylit ovat pieniä. Viskoosimpia nesteitä ovat yleensä ne, joilla on pitkiä molekyylejä, joilla on huomattava napaisuus, kuten glyseriini ja propyleeniglykoli.
Lämpötilalla on suuri vaikutus viskositeettiin – niin paljon, että tämänlaatuiset nesteiden mittaukset annetaan aina lämpötiloissa. Nesteissä se laskee lämpötilan myötä, kuten voidaan nähdä, jos siirappia tai hunajaa kuumennetaan. Tämä johtuu siitä, että molekyylit liikkuvat enemmän ja kuluttavat siksi vähemmän aikaa kosketuksessa toisiinsa. Sitä vastoin kaasujen liikkeenkestävyys kasvaa lämpötilan myötä. Tämä johtuu siitä, että kun molekyylit liikkuvat nopeammin, niiden välillä on enemmän törmäyksiä, mikä vähentää kykyä virrata.
Merkitys teollisuudelle
Raakaöljyä johdetaan usein pitkiä matkoja alueiden välillä, joissa lämpötila vaihtelee, ja virtausnopeus paineen mukaan vaihtelee vastaavasti. Alaskan läpi virtaava öljy on viskoosimpaa kuin öljy putkilinjoissa Persianlahdella johtuen erilaisista maaperän lämpötiloista, ja siksi on lisättävä painetta pitääkseen sen virtaavana. Jotta voitaisiin ratkaista voima, joka tarvitaan öljyn syöttämiseen putkiston läpi, joidenkin putkien anturit mittaavat nesteen viskositeetin ja määrittävät, onko lisättävä tai pienennettävä painetta öljyn virtauksen pitämiseksi vakiona ja vakaana.
Luonnollisesti myös moottoriöljyn viskositeetti muuttuu, kun sitä lämmitetään moottorilla. Öljy, joka muuttuu liian ohutksi moottorin kuumuudesta, ei toimi kunnolla. Tämän ongelman ratkaisemiseksi öljyyn lisätään polymeerejä, jotta kitka pysyy vakiona korkeammissa lämpötiloissa.
Merkitys vulkanismille
Magman eli kuuman, sulan kiven viskositeetti maan pinnan alla on tärkeä tekijä tulivuorten tutkimuksessa. Vuotava laava aiheuttaa yleensä useammin mutta vähemmän väkivaltaisia purkauksia, koska se virtaa helposti ylös magmakammioista ja ulos tulivuorista. Se mahdollistaa myös liuenneen kaasun kuplimisen helpommin. Paksummalla magmalla on taipumus vangita tämä kaasu korkeassa paineessa, ja tarvitaan enemmän voimaa laavan poistamiseksi tulivuorista, mikä mahdollistaa suuren paineen muodostumisen ajan myötä. Kun tämäntyyppinen tulivuori purkautuu, se tapahtuu räjähdysmäisesti, usein katastrofaalisin seurauksin.