Tabla de Contenidos
Overfladespænding er den energi, det tager at øge overfladearealet af en væske pr. arealenhed. Fordi disse kræfter varierer afhængigt af væskens beskaffenhed (f.eks. vand versus benzin) eller de opløste stoffer, den indeholder (f.eks. overfladeaktive stoffer såsom detergent), har hver opløsning forskellige overfladespændingsværdier.
Lad os se på et eksempel: hver gang et glas vand fyldes næsten til randen, kan det observeres, at niveauet af vandet i glasset faktisk er højere end glassets højde. Man kan også se, at vandet, der er spildt, har dannet vandpytter, der rejser sig over overfladen. De to beskrevne fænomener skyldes overfladespænding.
Mere intuitivt er overfladespænding en væskes tendens til at optage så lidt overfladeareal som muligt. Denne tendens er nøglefaktoren i kapillærvirkning eller kapillærbevægelse . Kapillærvirkning er en konsekvens af de sammenhængende kræfter mellem molekyler, det vil sige molekylers tendens til at blive sammen og klæbe til hinanden.
Sammenhængskræfter og adhæsionskræfter
Kohæsionskræfter og adhæsionskræfter er stærkt relateret til overfladespænding . Disse kræfter opstår, når stoffer har masse, det vil sige, at de er makroskopiske egenskaber, så de spiller ikke ind, når man tager individuelle atomer eller molekyler i betragtning.
- Samhørighedskræfter . Det er de kræfter, der holder molekyler sammen. Hvis kohæsionskræfterne er stærke, vil en væske have en tendens til at danne dråber på en overflade.
- Adhæsionskræfter . Det er de kræfter, der udøves mellem væskens molekyler og en overflade. Hvis adhæsionskræfterne er stærke, vil en væske have en tendens til at sprede sig over en overflade.
Hvis kohæsionskræfterne således er stærkere end adhæsionskræfterne, vil væsken bevare sin form, men hvis det modsatte sker, vil væsken spredes og dermed øge dens overfladeareal. Ethvert stof, der tilsættes en væske, der øger dens overfladeareal, kaldes et befugtningsmiddel.
Befugtningsmidler er stoffer, der reducerer en væskes overfladespænding og får den til at spredes i form af dråber på en overflade, hvilket øger væskens spredningskapacitet.
molekylært perspektiv
I en vandprøve er der to typer molekyler: dem på ydersiden af prøven (ydre molekyler) og dem på indersiden (indre molekyler). De indre molekyler tiltrækkes af alle molekylerne omkring dem, mens de ydre molekyler kun tiltrækkes af andre molekyler på overfladen og dem under dem. Dette gør de indre molekylers energitilstand mindre intens end de ydre molekylers. Molekylerne opretholder således et minimalt overfladeareal, som gør det muligt for flere molekyler at have en lavere energitilstand. Dette fænomen er en konsekvens af overfladespænding og en af de bedste måder at verificere dets eksistens på.
Vandmolekyler tiltrækkes af hinanden på grund af vands polære egenskaber. Hydrogenenderne er positive, mens oxygenenderne er negative, og de binder sammen, negative oxygener med positive hydrogener. For at bryde disse intermolekylære bindinger er der brug for en vis mængde energi, som netop er overfladespændingen. Det samme gælder andre væsker, selv dem, der er hydrofobe , såsom olie. Der er andre kræfter, der virker i væsken, såsom Van der Waals-kræfter, som udøves mellem væskens molekyler.
Hvis vi fortsætter med eksemplet med vand, er dets overfladespænding meget høj. faktisk kan vands overfladespænding få materialer, der er endnu tættere end selve vandet, til at flyde på det. Takket være deres overfladespænding kan visse organismer bogstaveligt talt gå oven på vandet. Et eksempel er vandmyggen eller skomageren, som kan løbe hen over dens overflade på grund af vandmolekylernes intermolekylære kræfter, og fordi myggens vægt er fordelt mellem dens ben. Overfladespænding giver også mulighed for dannelse af dråber, som vi konstant ser i naturen.
Andre eksempler på overfladespænding
En alkoholholdig drik danner små riller i glasset på grund af samspillet mellem de forskellige overfladespændingsværdier af ethanol og vand, og den hurtigere fordampning af alkohol sammenlignet med vand.
Olie og vand adskilles, fordi overfladespændingen af disse væsker er forskellig. I dette tilfælde er udtrykket “grænsefladespænding”, men det er simpelthen en type overfladespænding mellem to væsker.
