भूतल तनाव: परिभाषा और कारण

पृष्ठ तनाव वह ऊर्जा है जो किसी तरल के सतह क्षेत्र को प्रति इकाई क्षेत्रफल बढ़ाने में लगती है। क्योंकि ये बल तरल की प्रकृति (उदाहरण के लिए, पानी बनाम गैसोलीन) या इसमें मौजूद विलेय (उदाहरण के लिए, सर्फेक्टेंट जैसे डिटर्जेंट) के आधार पर भिन्न होते हैं, प्रत्येक समाधान में अलग-अलग सतह तनाव मान होते हैं।

आइए एक उदाहरण देखें: हर बार जब एक गिलास पानी लगभग लबालब भर जाता है, तो यह देखा जा सकता है कि गिलास में पानी का स्तर वास्तव में गिलास की ऊंचाई से अधिक है। आप यह भी देख सकते हैं कि छलकने वाले पानी ने गड्डे बना लिए हैं जो सतह से ऊपर उठ गए हैं। वर्णित दो घटनाएं सतह तनाव के कारण हैं।

अधिक सहज रूप से, सतह तनाव एक तरल की प्रवृत्ति है जो जितना संभव हो उतना कम सतह क्षेत्र पर कब्जा कर लेता है। यह प्रवृत्ति केशिका क्रिया या केशिका संचलन का प्रमुख कारक है । केशिका क्रिया अणुओं के बीच संसंजक बलों का परिणाम है, अर्थात अणुओं की एक साथ रहने और एक दूसरे का पालन करने की प्रवृत्ति।

सामंजस्य बल और आसंजन बल

सामंजस्य बल और आसंजन बल सतह तनाव से अत्यधिक संबंधित हैं। ये बल तब प्रकट होते हैं जब पदार्थों में द्रव्यमान होता है, अर्थात वे मैक्रोस्कोपिक गुण होते हैं, इसलिए वे अलग-अलग परमाणुओं या अणुओं को ध्यान में रखते हुए काम में नहीं आते हैं।

• सामंजस्य बल । वे बल हैं जो अणुओं को एक साथ बांधे रखते हैं। यदि संसंजक बल प्रबल हों, तो द्रव की सतह पर बूंदों के रूप में बनने की प्रवृत्ति होगी।
• आसंजन बल । वे बल हैं जो तरल और एक सतह के अणुओं के बीच लगाए जाते हैं। यदि आसंजन बल मजबूत हैं, तो एक तरल की सतह पर फैलने की प्रवृत्ति होगी।

इस प्रकार, यदि आसंजन बल आसंजन बलों से अधिक मजबूत हैं, तो तरल अपना आकार बनाए रखेगा, लेकिन यदि विपरीत होता है, तो तरल फैल जाएगा, इस प्रकार इसकी सतह का क्षेत्रफल बढ़ जाएगा। कोई भी पदार्थ जो द्रव में मिलाया जाता है जिससे उसका पृष्ठीय क्षेत्रफल बढ़ जाता है, आर्द्रकारक कहलाता है।

वेटिंग एजेंट ऐसे पदार्थ होते हैं जो किसी तरल के सतही तनाव को कम करते हैं और इसे सतह पर बूंदों के रूप में फैलाने का कारण बनते हैं, जिससे उक्त तरल की फैलाव क्षमता बढ़ जाती है।

आणविक दृष्टिकोण

एक पानी के नमूने में दो प्रकार के अणु होते हैं: नमूने के बाहर (बाहरी अणु) और अंदर (आंतरिक अणु) पर। आंतरिक अणु अपने आसपास के सभी अणुओं की ओर आकर्षित होते हैं, जबकि बाहरी अणु केवल सतह पर और उनके नीचे के अन्य अणुओं की ओर आकर्षित होते हैं। यह बाहरी अणुओं की तुलना में आंतरिक अणुओं की ऊर्जा स्थिति को कम तीव्र बनाता है। इस प्रकार, अणु एक न्यूनतम सतह क्षेत्र बनाए रखते हैं, जो अधिक अणुओं को कम ऊर्जा अवस्था रखने की अनुमति देता है। यह घटना सतही तनाव का परिणाम है, और इसके अस्तित्व को सत्यापित करने के सर्वोत्तम तरीकों में से एक है।

जल के ध्रुवीय गुण के कारण जल के अणु एक दूसरे की ओर आकर्षित होते हैं। हाइड्रोजन के सिरे धनात्मक होते हैं, जबकि ऑक्सीजन के सिरे ऋणात्मक होते हैं, और वे आपस में जुड़ते हैं, ऋणात्मक ऑक्सीज़न धनात्मक हाइड्रोजन के साथ। इन इंटरमॉलिक्युलर बॉन्ड को तोड़ने के लिए एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो कि ठीक सतह का तनाव है। वही अन्य तरल पदार्थों के लिए जाता है, यहां तक ​​कि वे भी जो हाइड्रोफोबिक हैं , जैसे कि तेल। अन्य बल हैं जो तरल में कार्य करते हैं जैसे वैन डेर वाल्स बल, जो तरल के अणुओं के बीच कार्य करते हैं।

पानी के उदाहरण को जारी रखते हुए, इसका पृष्ठ तनाव बहुत अधिक है। वास्तव में, पानी का सतही तनाव पानी से भी अधिक सघन सामग्री को उस पर तैरने का कारण बन सकता है। उनके सतही तनाव के कारण, कुछ जीव वास्तव में पानी के ऊपर चल सकते हैं। एक उदाहरण पानी का मच्छर या मोची है, जो पानी के अणुओं के अंतर-आणविक बलों के कारण और मच्छर का वजन उसके पैरों के बीच वितरित होने के कारण उसकी सतह पर चल सकता है। भूतल तनाव भी बूंदों के निर्माण की अनुमति देता है जो हम प्रकृति में लगातार देखते हैं।

भूतल तनाव के अन्य उदाहरण

इथेनॉल और पानी के विभिन्न सतह तनाव मूल्यों और पानी की तुलना में शराब के तेजी से वाष्पीकरण के बीच बातचीत के कारण एक मादक पेय कांच में छोटे खांचे बनाता है।

तेल और पानी अलग हो जाते हैं क्योंकि इन तरल पदार्थों का पृष्ठ तनाव अलग होता है। इस मामले में, शब्द “इंटरफ़ेस तनाव” है, लेकिन यह केवल दो तरल पदार्थों के बीच सतही तनाव का एक प्रकार है।