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표면 장력은 단위 면적당 액체의 표면적을 늘리는 데 필요한 에너지입니다. 이러한 힘은 액체의 특성(예: 물 대 가솔린) 또는 포함된 용질(예: 세제와 같은 계면활성제)에 따라 달라지기 때문에 각 용액의 표면 장력 값이 다릅니다.
예를 들어 보겠습니다. 물 한 컵이 거의 가장자리까지 채워질 때마다 실제로 컵 안의 물 높이가 컵 높이보다 높다는 것을 관찰할 수 있습니다. 엎질러진 물이 표면 위로 솟아오른 웅덩이를 형성한 것도 볼 수 있습니다. 설명된 두 가지 현상은 표면 장력 때문입니다 .
보다 직관적으로 표면 장력은 액체가 가능한 한 적은 표면적을 차지하는 경향입니다. 이러한 경향은 모세관 작용 또는 모세관 운동 의 핵심 요소입니다 . 모세관 작용은 분자 사이의 응집력, 즉 분자가 함께 머물고 서로 접착하려는 경향의 결과입니다.
응집력 및 접착력
응집력 과 접착력 은 표면 장력과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 힘은 물질이 질량을 가질 때, 즉 거시적 특성을 가질 때 나타나므로 개별 원자나 분자를 고려할 때 작용하지 않습니다.
- 응집력 . 그들은 분자를 함께 유지하는 힘입니다. 응집력이 강하면 액체는 표면에 물방울을 형성하는 경향이 있습니다.
- 접착력 . 그것들은 액체 분자와 표면 사이에 가해지는 힘입니다. 접착력이 강하면 액체가 표면 전체에 퍼지는 경향이 있습니다.
따라서 응집력이 접착력보다 강하면 액체는 그 형태를 유지하지만 반대로 작용하면 액체가 퍼져서 표면적이 커지게 된다. 액체에 첨가되어 표면적을 증가시키는 모든 물질을 습윤제라고 합니다.
습윤제는 액체의 표면 장력을 감소시키고 표면에 방울 형태로 퍼지게 하여 해당 액체의 분산 능력을 증가시키는 물질입니다.
분자 관점
물 샘플에는 샘플 외부에 있는 분자(외부 분자)와 내부에 있는 분자(내부 분자)의 두 가지 유형의 분자가 있습니다. 내부 분자는 주변의 모든 분자에 끌리는 반면 외부 분자는 표면과 그 아래에 있는 다른 분자에만 끌립니다. 이것은 내부 분자의 에너지 상태를 외부 분자의 에너지 상태보다 덜 강렬하게 만듭니다. 따라서 분자는 최소 표면적을 유지하므로 더 많은 분자가 더 낮은 에너지 상태를 가질 수 있습니다. 이 현상은 표면 장력의 결과이며 그 존재를 확인하는 가장 좋은 방법 중 하나입니다.
물 분자는 물의 극성 특성 때문에 서로 끌어당깁니다. 수소 끝은 양수이고 산소 끝은 음수이며 음의 산소와 양의 수소가 서로 결합합니다. 이러한 분자간 결합을 끊기 위해서는 일정량의 에너지가 필요하며, 이것이 바로 표면 장력입니다. 다른 액체, 심지어 기름과 같은 소수성 액체 도 마찬가지입니다 . 액체 분자 사이에 가해지는 반 데르 발스 힘과 같은 액체에 작용하는 다른 힘이 있습니다.
물의 예를 계속 들면 표면 장력이 매우 높습니다. 사실, 물의 표면 장력으로 인해 물 자체보다 더 밀도가 높은 물질이 물 위에 뜨게 할 수 있습니다. 표면 장력 덕분에 특정 유기체는 문자 그대로 물 위를 걸을 수 있습니다. 예를 들어 물모기는 물 분자의 분자간 힘과 모기의 무게가 다리 사이에 분산되기 때문에 표면을 가로질러 달릴 수 있습니다. 표면 장력은 또한 우리가 자연에서 지속적으로 볼 수 있는 물방울의 형성을 허용합니다.
표면 장력의 다른 예
알코올 음료는 에탄올과 물의 서로 다른 표면 장력 값 사이의 상호 작용과 물에 비해 알코올의 빠른 증발로 인해 유리에 작은 홈을 형성합니다.
기름과 물은 액체의 표면 장력이 다르기 때문에 분리됩니다. 이 경우 용어는 “계면 장력”이지만 단순히 두 액체 사이의 일종의 표면 장력입니다.
