Plik napięcie powierzchniowe Jest to fizyczna właściwość występująca we wszystkich cieczach, charakteryzująca się tym, że ich powierzchnie przeciwstawiają się jakiemukolwiek zwiększeniu ich powierzchni. To to samo, co stwierdzenie, że wspomniana powierzchnia będzie szukać jak najmniejszego obszaru. Zjawisko to splata kilka pojęć chemicznych, takich jak kohezja, adhezja i siły międzycząsteczkowe..
Napięcie powierzchniowe jest odpowiedzialne za powstawanie krzywizn powierzchni cieczy w pojemnikach rurowych (cylindry z podziałką, kolumny, probówki itp.). Mogą być wklęsłe (zakrzywione w kształcie doliny) lub wypukłe (zakrzywione w kształcie kopuły). Wiele zjawisk fizycznych można wyjaśnić, biorąc pod uwagę zmiany, jakim podlega napięcie powierzchniowe cieczy..
Jednym z takich zjawisk jest skłonność cząsteczek cieczy do aglomeracji w postaci kropel, gdy spoczywają na odpychających je powierzchniach. Na przykład krople wody, które widzimy na liściach, nie mogą ich zwilżyć ze względu na woskową, hydrofobową powierzchnię..
Jednak przychodzi czas, kiedy grawitacja odgrywa swoją rolę i kropla wylewa się jak kolumna wody. Podobne zjawisko zachodzi w kulistych kroplach rtęci wylanych z termometru.
Z drugiej strony najważniejsze jest napięcie powierzchniowe wody, które przyczynia się do powstawania i organizuje stan mikroskopijnych ciał w środowisku wodnym, takich jak komórki i ich błony lipidowe. Ponadto napięcie to jest odpowiedzialne za to, że woda paruje powoli, a niektóre ciała są gęstsze, niż mogą unosić się na jej powierzchni..
Indeks artykułów
Wyjaśnienie zjawiska napięcia powierzchniowego znajduje się na poziomie molekularnym. Cząsteczki cieczy oddziałują ze sobą w taki sposób, że są spójne w swoich nieregularnych ruchach. Cząsteczka oddziałuje z sąsiadami znajdującymi się obok niej oraz z sąsiadami znajdującymi się powyżej lub poniżej.
Jednak nie dzieje się tak samo z cząsteczkami na powierzchni cieczy, które mają kontakt z powietrzem (lub jakimkolwiek innym gazem) lub z ciałem stałym. Cząsteczki na powierzchni nie mogą łączyć się z cząsteczkami środowiska zewnętrznego.
W rezultacie nie doświadczają żadnych sił, które ciągną ich w górę; tylko w dół, od sąsiadów w płynnym ośrodku. Aby przeciwdziałać temu brakowi równowagi, cząsteczki powierzchniowe „ściskają się”, ponieważ tylko w ten sposób mogą przezwyciężyć siłę, która je popycha.
Następnie tworzona jest powierzchnia, w której cząsteczki są w bardziej napiętym układzie. Jeśli cząstka chce penetrować ciecz, musi najpierw przekroczyć tę molekularną barierę proporcjonalną do napięcia powierzchniowego tej cieczy. To samo dotyczy cząstki, która chce uciec do środowiska zewnętrznego z głębin cieczy..
Dlatego jego powierzchnia zachowuje się tak, jakby była elastyczną folią wykazującą odporność na odkształcenia..
Napięcie powierzchniowe jest zwykle przedstawiane za pomocą symbolu γ i jest wyrażane w jednostkach N / m, siła razy długość. Jednak w większości przypadków jego jednostką jest dyn / cm. Jeden można przekształcić w drugi za pomocą następującego współczynnika konwersji:
1 dyn / cm = 0,001 N / m
Woda jest najrzadszym i najbardziej niesamowitym ze wszystkich płynów. Jego napięcie powierzchniowe, a także kilka jego właściwości jest niezwykle wysokie: 72 dyn / cm w temperaturze pokojowej. Wartość ta może wzrosnąć do 75,64 dyn / cm w temperaturze 0 ºC; lub obniżyć do 58,85 ° C, w temperaturze 100 ° C.
Obserwacje te mają sens, jeśli weźmie się pod uwagę, że bariera molekularna zacieśnia się jeszcze bardziej w temperaturach bliskich zeru lub nieco bardziej „rozluźnia się” w okolicach punktu wrzenia..
Woda ma wysokie napięcie powierzchniowe ze względu na wiązania wodorowe. Jeśli te same w sobie są zauważalne w cieczy, są jeszcze bardziej widoczne na powierzchni. Cząsteczki wody są silnie splątane, tworząc interakcje dipol-dipol typu H.dwaOH OH.
Skuteczność ich oddziaływań jest taka, że wodna bariera molekularna może nawet podtrzymywać niektóre ciała, zanim opadną. W sekcjach aplikacji i eksperymentów ten punkt zostanie powtórzony.
Wszystkie ciecze wykazują napięcia powierzchniowe, w mniejszym lub większym stopniu niż woda, lub czy są to czyste substancje lub roztwory. To, jak silne i napięte są bariery molekularne jego powierzchni, będzie zależało bezpośrednio od ich interakcji międzycząsteczkowych, a także od czynników strukturalnych i energetycznych..
Na przykład cząsteczki gazów w stanie ciekłym oddziałują ze sobą tylko poprzez siły dyspersyjne Londynu. Jest to zgodne z faktem, że ich napięcia powierzchniowe mają niskie wartości:
-Ciekły hel, 0,37 dyn / cm przy -273 ° C
-Ciekły azot, 8,85 dyn / cm przy -196 ºC
-Ciekły tlen, 13,2 dyn / cm przy -182 ºC
Napięcie powierzchniowe ciekłego tlenu jest wyższe niż helu, ponieważ jego cząsteczki mają większą masę..
Oczekuje się, że ciecze niepolarne i organiczne będą miały wyższe napięcia powierzchniowe niż te skroplone gazy. Wśród niektórych z nich mamy:
-Eter dietylowy, 17 dyn / cm w 20 ° C
-n-Heksan, 18,40 dyn / cm w 20 ° C
-n-Oktan, 21,80 dyn / cm w 20 ° C
-Toluen, 27,73 dyn / cm w 25 ° C
Podobny trend obserwuje się w przypadku tych cieczy: napięcie powierzchniowe rośnie wraz ze wzrostem ich mas cząsteczkowych. Jednakże n-W związku z tym najwyższe napięcie powierzchniowe powinien mieć oktan, a nie toluen. Tutaj do gry wchodzą struktury molekularne i geometrie.
Cząsteczki toluenu, płaskie i pierścieniowe, mają bardziej efektywne interakcje niż te z n-oktan. Dlatego powierzchnia toluenu jest „mocniejsza” niż powierzchnia n-oktan.
Ponieważ między cząsteczkami cieczy polarnej zachodzą silniejsze oddziaływania dipol-dipol, mają one tendencję do wykazywania wyższych napięć powierzchniowych. Lecz nie zawsze tak jest. Oto kilka przykładów:
-Kwas octowy 27,60 dyn / cm w 20 ° C
-Aceton, 23,70 dyn / cm w 20 ° C
-Krew, 55,89 dyn / cm w 22 ° C
-Etanol, 22,27 dyn / cm w 20 ° C
-Glicerol, 63 dyn / cm w 20 ° C
-Stopiony chlorek sodu, 163 dyn / cm w 650 ° C
-6 M roztwór NaCl, 82,55 dyn / cm w 20 ° C
Oczekuje się, że stopiony chlorek sodu będzie miał ogromne napięcie powierzchniowe: jest lepką cieczą jonową..
Z drugiej strony rtęć jest jedną z cieczy o najwyższym napięciu powierzchniowym: 487 dyn / cm. W nim jego powierzchnia składa się z silnie kohezyjnych atomów rtęci, znacznie więcej niż mogą to być cząsteczki wody..
Samo napięcie powierzchniowe nie ma zastosowania. Nie oznacza to jednak, że nie bierze udziału w różnych codziennych zjawiskach, które gdyby nie istniały, nie wystąpiłyby..
Na przykład komary i inne owady mogą chodzić po wodzie. Dzieje się tak, ponieważ ich hydrofobowe nogi odpychają wodę, a niska masa pozwala im unosić się na barierze molekularnej bez opadania na dno rzeki, jeziora, stawu itp..
Napięcie powierzchniowe również odgrywa rolę w zwilżalności cieczy. Im wyższe napięcie powierzchniowe, tym mniejsza skłonność do przenikania przez pory lub pęknięcia w materiale. Poza tym nie są to bardzo przydatne płyny do czyszczenia powierzchni.
To tutaj działają detergenty, zmniejszając napięcie powierzchniowe wody i pomagając jej pokryć większe powierzchnie; jednocześnie poprawiając jego działanie odtłuszczające. Zmniejszając napięcie powierzchniowe, uwalnia cząsteczki powietrza, z którymi tworzy bąbelki..
Z drugiej strony niskie, wyższe napięcia wiążą się ze stabilizacją emulsji, co jest bardzo ważne przy formułowaniu innego asortymentu produktów..
Na koniec przytoczę niektóre eksperymenty, które można przeprowadzić w dowolnej przestrzeni domowej..
Metalowy klips umieszcza się na jego powierzchni w szklance zimnej wody. Jak widać na powyższym obrazku, klips pozostanie na powierzchni dzięki napięciu powierzchniowemu wody. Ale jeśli dodasz do szkła trochę glinianej lawy, napięcie powierzchniowe gwałtownie spadnie, a spinacz nagle opadnie..
Jeśli na powierzchni mamy papierową łódeczkę lub drewnianą paletę, a jeśli do główki wacika zostanie dodana zmywarka lub detergent, to nastąpi ciekawe zjawisko: nastąpi odpychanie, które będzie je propagować w kierunku krawędzi szkło. Papierowa łódka i drewniana paleta odsuną się od wacika nasmarowanego detergentem.
Inny podobny i bardziej graficzny eksperyment polega na powtórzeniu tej samej operacji, ale w wiadrze z wodą posypaną czarnym pieprzem. Cząsteczki czarnego pieprzu odejdą, a powierzchnia zmieni się z pokrytej pieprzem na krystalicznie czystą, z pieprzem na brzegach.
Jeszcze bez komentarzy