Tabla de Contenidos
Pintajännitys on energia, joka kuluu nesteen pinta-alan kasvattamiseen pinta-alayksikköä kohti. Koska nämä voimat vaihtelevat riippuen nesteen luonteesta (esimerkiksi vesi vs. bensiini) tai sen sisältämistä liuenneista aineista (esimerkiksi pinta-aktiiviset aineet, kuten pesuaine), kullakin liuoksella on erilaiset pintajännitysarvot.
Katsotaanpa esimerkkiä: joka kerta kun vesilasi täytetään lähes reunaan asti, voidaan havaita, että veden taso lasissa on itse asiassa korkeampi kuin lasin korkeus. Voit myös nähdä, että vuotanut vesi on muodostanut lätäköitä, jotka kohoavat pinnan yläpuolelle. Kuvatut kaksi ilmiötä johtuvat pintajännityksestä.
Intuitiivisemmin pintajännitys on nesteen taipumus ottaa mahdollisimman vähän pinta-alaa. Tämä taipumus on avaintekijä kapillaaritoiminnassa tai kapillaariliikkeessä . Kapillaaritoiminta on seurausta molekyylien välisistä koheesiovoimista, eli molekyylien taipumuksesta pysyä yhdessä ja kiinnittyä toisiinsa.
Koheesiovoimat ja adheesiovoimat
Koheesiovoimat ja adheesiovoimat liittyvät vahvasti pintajännitykseen . Nämä voimat ilmenevät, kun aineilla on massaa, eli ne ovat makroskooppisia ominaisuuksia, joten ne eivät tule voimaan, kun otetaan huomioon yksittäiset atomit tai molekyylit.
- Koheesiovoimat . Ne ovat voimia, jotka pitävät molekyylejä yhdessä. Jos koheesiovoimat ovat voimakkaita, nesteellä on taipumus muodostaa pisaroita pinnalle.
- Kiinnitysvoimat . Ne ovat voimia, jotka vaikuttavat nesteen molekyylien ja pinnan väliin. Jos adheesiovoimat ovat voimakkaita, nesteellä on taipumus levitä pinnan poikki.
Näin ollen, jos koheesiovoimat ovat vahvempia kuin adheesiovoimat, neste säilyttää muotonsa, mutta jos tapahtuu päinvastoin, neste leviää, mikä lisää pinta-alaansa. Mitä tahansa nesteeseen lisättyä ainetta, joka lisää sen pinta-alaa, kutsutaan kostutusaineeksi.
Kostutusaineet ovat aineita, jotka vähentävät nesteen pintajännitystä ja saavat sen leviämään pisaroiden muodossa pinnalle, mikä lisää mainitun nesteen dispersiokykyä.
molekyyliperspektiivi
Vesinäytteessä on kahden tyyppisiä molekyylejä: näytteen ulkopuolella olevat (ulommat molekyylit) ja sisäpuolella (sisäiset molekyylit). Sisäiset molekyylit vetoavat kaikkiin ympärillään oleviin molekyyleihin, kun taas ulompia molekyylejä vetää puoleensa vain pinnalla ja niiden alla olevat molekyylit. Tämä tekee sisäisten molekyylien energiatilasta vähemmän intensiivisen kuin ulkoisten molekyylien. Siten molekyylit säilyttävät minimaalisen pinta-alan, mikä mahdollistaa useamman molekyylin alhaisemman energiatilan. Tämä ilmiö on pintajännityksen seuraus ja yksi parhaista tavoista varmistaa sen olemassaolo.
Vesimolekyylit houkuttelevat toisiaan veden polaarisen ominaisuuden vuoksi. Vetypäät ovat positiivisia, kun taas happipäät ovat negatiivisia, ja ne sitovat yhteen negatiivisia happeja positiivisten vetyjen kanssa. Näiden molekyylien välisten sidosten katkaisemiseen tarvitaan tietty määrä energiaa, joka on juuri pintajännitys. Sama pätee muihin nesteisiin, jopa sellaisiin, jotka ovat hydrofobisia , kuten öljyä. Nesteeseen vaikuttavat muutkin voimat, kuten Van der Waalsin voimat, jotka vaikuttavat nesteen molekyylien väliin.
Jatkaen esimerkkiä vedestä, sen pintajännitys on erittäin korkea. Itse asiassa veden pintajännitys voi saada jopa vettä itse tiheämpiä materiaaleja kellumaan sen päällä. Pintajännityksensä ansiosta tietyt organismit voivat kirjaimellisesti kävellä veden päällä. Esimerkkinä on vesihyttynen tai suutarin, joka voi juosta pintansa yli vesimolekyylien molekyylien välisten voimien vuoksi ja koska hyttysen paino jakautuu sen jalkojen väliin. Pintajännitys mahdollistaa myös pisaroiden muodostumisen, joita näemme jatkuvasti luonnossa.
Muita esimerkkejä pintajännityksestä
Alkoholijuoma muodostaa lasiin pieniä uria johtuen etanolin ja veden eri pintajännitysarvojen välisestä vuorovaikutuksesta ja alkoholin nopeammasta haihtumisesta veteen verrattuna.
Öljy ja vesi eroavat toisistaan, koska näiden nesteiden pintajännitys on erilainen. Tässä tapauksessa termi on ”rajapinnan jännitys”, mutta se on yksinkertaisesti eräänlainen pintajännitys kahden nesteen välillä.
