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La tension superficielle est l’énergie nécessaire pour augmenter la surface d’un liquide par unité de surface. Étant donné que ces forces varient en fonction de la nature du liquide (par exemple, de l’eau par rapport à de l’essence) ou des solutés qu’il contient (par exemple, des tensioactifs tels qu’un détergent), chaque solution a des valeurs de tension superficielle différentes.
Prenons un exemple : à chaque fois qu’un verre d’eau est rempli presque à ras bord, on constate que le niveau de l’eau dans le verre est en fait supérieur à la hauteur du verre. Vous pouvez également voir que l’eau qui s’est répandue a formé des flaques d’eau qui s’élèvent au-dessus de la surface. Les deux phénomènes décrits sont dus à la tension superficielle.
Plus intuitivement, la tension superficielle est la tendance d’un liquide à occuper le moins de surface possible. Cette tendance est le facteur clé de l’action capillaire ou du mouvement capillaire . L’action capillaire est une conséquence des forces de cohésion entre les molécules, c’est-à-dire la tendance des molécules à rester ensemble et à adhérer les unes aux autres.
Forces de cohésion et forces d’adhésion
Les forces de cohésion et les forces d’adhérence sont fortement liées à la tension superficielle. Ces forces apparaissent lorsque les substances ont une masse, c’est-à-dire qu’elles sont des propriétés macroscopiques, elles n’entrent donc pas en jeu lors de la prise en compte d’atomes ou de molécules individuels.
- Forces de cohésion . Ce sont les forces qui maintiennent les molécules ensemble. Si les forces de cohésion sont fortes, un liquide aura tendance à former des gouttelettes sur une surface.
- Forces d’adhérence . Ce sont les forces qui s’exercent entre les molécules du liquide et une surface. Si les forces d’adhérence sont fortes, un liquide aura tendance à se répandre sur une surface.
Ainsi, si les forces de cohésion sont plus fortes que les forces d’adhésion, le liquide conservera sa forme, mais dans le cas contraire, le liquide s’étalera, augmentant ainsi sa surface. Toute substance ajoutée à un liquide qui augmente sa surface est appelée agent mouillant.
Les agents mouillants sont des substances qui réduisent la tension superficielle d’un liquide et provoquent son étalement sous forme de gouttes sur une surface, augmentant la capacité de dispersion dudit liquide.
perspective moléculaire
Dans un échantillon d’eau, il existe deux types de molécules : celles à l’extérieur de l’échantillon (molécules externes) et celles à l’intérieur (molécules internes). Les molécules internes sont attirées par toutes les molécules qui les entourent, tandis que les molécules externes ne sont attirées que par les autres molécules à la surface et celles situées en dessous d’elles. Cela rend l’état énergétique des molécules intérieures moins intense que celui des molécules extérieures. Ainsi, les molécules conservent une surface minimale, ce qui permet à plus de molécules d’avoir un état d’énergie inférieur. Ce phénomène est une conséquence de la tension superficielle, et l’un des meilleurs moyens de vérifier son existence.
Les molécules d’eau sont attirées les unes vers les autres en raison de la propriété polaire de l’eau. Les extrémités hydrogène sont positives, tandis que les extrémités oxygène sont négatives, et elles se lient ensemble, des oxygènes négatifs avec des hydrogènes positifs. Pour rompre ces liaisons intermoléculaires, une certaine quantité d’énergie est nécessaire, qui est précisément la tension superficielle. Il en va de même pour les autres liquides, même ceux qui sont hydrophobes , comme l’huile. Il existe d’autres forces qui agissent dans le liquide telles que les forces de Van der Waals, qui s’exercent entre les molécules du liquide.
En reprenant l’exemple de l’eau, sa tension superficielle est très élevée. en fait, la tension superficielle de l’eau peut faire flotter sur elle des matériaux encore plus denses que l’eau elle-même. Grâce à leur tension superficielle, certains organismes peuvent littéralement marcher sur l’eau. Un exemple est le moustique aquatique ou le cordonnier, qui peut courir sur sa surface en raison des forces intermoléculaires des molécules d’eau et parce que le poids du moustique est réparti entre ses pattes. La tension superficielle permet également la formation de gouttelettes que nous voyons constamment dans la nature.
Autres exemples de tension superficielle
Une boisson alcoolisée forme de petites rainures dans le verre en raison de l’interaction entre les différentes valeurs de tension superficielle de l’éthanol et de l’eau, et de l’évaporation plus rapide de l’alcool par rapport à l’eau.
L’huile et l’eau se séparent car la tension superficielle de ces liquides est différente. Dans ce cas, le terme est « tension d’interface », mais il s’agit simplement d’un type de tension superficielle entre deux liquides.
