Tabla de Contenidos
Napięcie powierzchniowe to energia potrzebna do zwiększenia powierzchni cieczy na jednostkę powierzchni. Ponieważ siły te różnią się w zależności od rodzaju cieczy (na przykład woda kontra benzyna) lub zawartych w niej substancji rozpuszczonych (na przykład środki powierzchniowo czynne, takie jak detergent), każdy roztwór ma różne wartości napięcia powierzchniowego.
Spójrzmy na przykład: za każdym razem, gdy szklanka wody jest napełniona prawie po brzegi, można zaobserwować, że poziom wody w szklance jest faktycznie wyższy niż wysokość szklanki. Widać też, że rozlana woda utworzyła kałuże, które wznoszą się ponad powierzchnię. Dwa opisane zjawiska wynikają z napięcia powierzchniowego.
Bardziej intuicyjnie, napięcie powierzchniowe to tendencja cieczy do zajmowania jak najmniejszej powierzchni. Ta tendencja jest kluczowym czynnikiem w działaniu kapilarnym lub ruchu kapilarnym . Działanie kapilarne jest konsekwencją sił kohezji między cząsteczkami, to znaczy tendencji cząsteczek do pozostawania razem i przylegania do siebie.
Siły spójności i siły adhezji
Siły spójności i siły adhezji są silnie związane z napięciem powierzchniowym. Siły te pojawiają się, gdy substancje mają masę, czyli są właściwościami makroskopowymi, więc nie wchodzą w grę, gdy bierze się pod uwagę pojedyncze atomy lub cząsteczki.
- Siły spójności . Są to siły, które utrzymują cząsteczki razem. Jeśli siły spójności są silne, ciecz będzie miała tendencję do tworzenia kropelek na powierzchni.
- Siły adhezji . Są to siły wywierane między cząsteczkami cieczy a powierzchnią. Jeśli siły adhezji są silne, ciecz będzie miała tendencję do rozprzestrzeniania się po powierzchni.
Tak więc, jeśli siły kohezji są większe niż siły adhezji, ciecz zachowa swój kształt, ale jeśli wystąpi sytuacja odwrotna, ciecz będzie się rozprzestrzeniać, zwiększając w ten sposób swoją powierzchnię. Każda substancja dodana do cieczy, która zwiększa jej powierzchnię, nazywana jest środkiem zwilżającym.
Środki zwilżające to substancje, które zmniejszają napięcie powierzchniowe cieczy i powodują jej rozlewanie się w postaci kropli po powierzchni, zwiększając zdolność dyspergowania tej cieczy.
perspektywa molekularna
W próbce wody występują dwa rodzaje cząsteczek: znajdujące się na zewnątrz próbki (cząsteczki zewnętrzne) i znajdujące się wewnątrz (cząsteczki wewnętrzne). Cząsteczki wewnętrzne są przyciągane do wszystkich cząsteczek wokół nich, podczas gdy cząsteczki zewnętrzne są przyciągane tylko do innych cząsteczek na powierzchni i tych pod nimi. To sprawia, że stan energetyczny cząsteczek wewnętrznych jest mniej intensywny niż cząsteczek zewnętrznych. W ten sposób cząsteczki utrzymują minimalną powierzchnię, co pozwala większej liczbie cząsteczek na niższy stan energetyczny. Zjawisko to jest konsekwencją napięcia powierzchniowego i jednym z najlepszych sposobów weryfikacji jego istnienia.
Cząsteczki wody przyciągają się ze względu na polarne właściwości wody. Końce wodorowe są dodatnie, podczas gdy końce tlenowe są ujemne i łączą się razem, ujemne tlenki z dodatnimi wodorami. Do rozerwania tych wiązań międzycząsteczkowych potrzebna jest pewna ilość energii, którą jest właśnie napięcie powierzchniowe. To samo dotyczy innych płynów, nawet hydrofobowych , takich jak olej. Istnieją inne siły, które działają w cieczy, takie jak siły Van der Waalsa, które są wywierane między cząsteczkami cieczy.
Kontynuując przykład wody, jej napięcie powierzchniowe jest bardzo wysokie. w rzeczywistości napięcie powierzchniowe wody może powodować unoszenie się na niej materiałów nawet gęstszych niż sama woda. Dzięki napięciu powierzchniowemu niektóre organizmy mogą dosłownie chodzić po powierzchni wody. Przykładem jest komar wodny lub szewc, który może biegać po jego powierzchni dzięki siłom międzycząsteczkowym cząsteczek wody oraz ponieważ ciężar komara rozkłada się między jego nogami. Napięcie powierzchniowe pozwala również na tworzenie się kropelek, które stale obserwujemy w przyrodzie.
Inne przykłady napięcia powierzchniowego
Napój alkoholowy tworzy małe rowki w szkle ze względu na interakcję między różnymi wartościami napięcia powierzchniowego etanolu i wody oraz szybsze odparowywanie alkoholu w porównaniu z wodą.
Olej i woda rozdzielają się, ponieważ napięcie powierzchniowe tych cieczy jest różne. W tym przypadku termin ten to „napięcie międzyfazowe”, ale jest to po prostu rodzaj napięcia powierzchniowego między dwiema cieczami.
