Przyczyny napięcia powierzchniowego, przykłady, zastosowania i eksperymenty

napięcie powierzchniowe Jest to właściwość fizyczna, którą występują wszystkie ciecze i charakteryzują się oporem, że ich powierzchnie sprzeciwiają się wszelkim wzrostowi ich obszaru. To samo, co powiedzenie, że ta powierzchnia będzie szukała najmniejszego obszaru. To zjawisko przeplatają kilka pojęć chemicznych, takich jak spójność, adhezja i siły międzycząsteczkowe.

Napięcie powierzchniowe jest odpowiedzialne za tworzenie krzywizny powierzchni płynów w pojemnikach rurowych (cylindry dyplomowe, kolumny, rurki testowe itp.). Mogą one być wklęsłe (zakrzywione doliny) lub wypukły (zakrzywiona kopuła). Wiele zjawisk fizycznych można wyjaśnić, biorąc pod uwagę zmiany poniesione przez napięcie powierzchniowe cieczy.

Formy sferyczne przyjęte przez krople wody na liściach są częściowo spowodowane napięciem powierzchniowym. Źródło: Zdjęcie wykonane przez użytkownika Flickr Tanakawho [CC przez (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/2.0)]

Jednym z tych zjawisk jest trend, że cząsteczki cieczy muszą do aglomeratu w postaci kropli, gdy spoczywają na powierzchniach, które je odpychają. Na przykład woda spada, którą widzimy nad liśćmi, nie może go zmoczyć z powodu wzgórza, hydrofobowej powierzchni.

Nadchodzi jednak czas, w którym grawitacja wywiera swoją rolę, a kropla jest rozlana jak kolumna wodna. Podobne zjawisko występuje w sprzyskach rtęciowych, gdy rozlany jest termometr.

Z drugiej strony napięcie wód powierzchniowych jest najważniejsze, ponieważ przyczynia się i organizuje stan ciał mikroskopowych w środowiskach wodnych, takich jak komórki i ich błony lipidowe. Ponadto napięcie to jest odpowiedzialne za powoli odparowywania wody, a niektóre najsygnniejsze ciała, które mogą unosić się na jego powierzchni.

[TOC]

Przyczyny napięcia powierzchniowego

Wyjaśnienie zjawiska napięcia powierzchniowego jest na poziomie molekularnym. Cząsteczki cieczy oddziałują ze sobą, tak że są spójne w swoich nieregularnych ruchach. Cząsteczka wchodzi w interakcje z sąsiadami obok, a tymi, którzy są powyżej lub pod nią.

Jednak nie zdarza się to tak samo z cząsteczkami powierzchni cieczy, które są w kontakcie z powietrzem (lub innym gazem) lub z ciałem stałym. Cząsteczki powierzchniowe nie mogą spójne z cząsteczkami środowiska zewnętrznego.

W rezultacie nie doświadczają żadnej siły, która ich przyciąga; Tylko w dół, od sąsiadów płynnego medium. Aby przeciwdziałać tej nierównowagi, cząsteczki powierzchniowe są „ściskane”, ponieważ dopiero wtedy udaje im się pokonać siłę, która je popychała.

Może ci służyć: krzemian sodu (NA2SIO3): Struktura, właściwości, zastosowania, ryzyko

Następnie tworzona jest powierzchnia, w której cząsteczki są w bardziej napiętej dyspozycji. Jeśli cząstka chce przeniknąć do cieczy, musi najpierw przekroczyć tę barierę molekularną proporcjonalną do napięcia powierzchniowego wspomnianego cieczy. To samo dotyczy cząstki, która chce uciec do środowiska zewnętrznego z głębokości cieczy.

Dlatego jego powierzchnia zachowuje się tak, jakby była folią sprężystą, która wykazuje odporność na deformę.

Jednostki

Napięcie powierzchniowe jest zwykle reprezentowane z symbolem γ i jest wyrażane w jednostkach N/M, siłę o długości. Jednak przez większość czasu Twoim urządzeniem jest dyn/cm. Jeden może stać się drugim przez następny współczynnik konwersji:

1 dyn/cm = 0,001 N/m

Napięcie wód powierzchniowych

Woda jest Zachodem i najbardziej zaskakująca ze wszystkich płynów. Jego napięcie powierzchniowe, a także kilka jego właściwości, mają niezwykle wysoką wartość: 72 dyn/cm w temperaturze pokojowej. Ta wartość może wzrosnąć do 75,64 dyn/cm, w temperaturze 0 ° C; lub zmniejsz się do 58,85 ° C, w temperaturze 100 ° C.

Te obserwacje mają sens, jeśli uważa się, że bariera molekularna jest napięta jeszcze bardziej w temperaturach w pobliżu punktu zamarzania lub „rozluźnij” nieco bardziej wokół temperatury wrzenia.

Woda ma wielkie napięcie powierzchniowe po mostach wodorowych. Jeśli są one znane w cieczy, są jeszcze bardziej na powierzchni. Cząsteczki wody są silnie splecione przez utworzenie interakcji dipol-dipolo₂Oh.

Cząsteczki wody przyciągają się; Są one połączone mostami wodorowymi

Wydajność jego interakcji jest taka, że ​​wodna bariera molekularna może nawet utrzymać niektóre ciała przed zatopieniem. W częściach zastosowań i eksperymentów zostanie wznowiony.

Inne przykłady

Wszystkie ciecze mają napięcia powierzchniowe, w mniejszym lub większym stopniu niż w wodzie, lub jeśli są to czyste substancje lub roztwory. Jak silne i napięte są bariery molekularne ich powierzchownych, będzie zależeć bezpośrednio od jego interakcji międzycząsteczkowych, oprócz czynników strukturalnych i energetycznych.

Gazy skondensowane

Na przykład cząsteczki Gazy w stanie ciekłym oddziałują ze sobą tylko poprzez siły dyspersyjne w Londynie. Zgadza się to z faktem, że ich powierzchowne napięcia mają niskie wartości:

-Ciekawy hel, 0,37 dyn/cm a -273 ºC

Może ci służyć: chlorek amonu (NH4Cl)

-Ciekły azot, 8,85 dyn/cm a -196 ºC

-Ciekł tlen, 13,2 dyn/cm a -182 ºC

Napięcie powierzchniowe ciekłego tlenu jest większe niż helu, ponieważ jego cząsteczki mają większą masę.

Ciecze apolarne

Od cieczy apolarnych i organicznych oczekuje się, że będą miały wyższe napięcia powierzchniowe niż w przypadku tych skondensowanych gazów. Wśród niektórych z nich mamy następujące:

-Dietetyk, 17 dyn/cm w 20 ° C

-N-Hexano, 18,40 dyn/cm w temperaturze 20 ° C

-N-Oktan, 21,80 dyn/cm w 20 ° C

-Toluene, 27,73 Dyn/cm w 25 ° C

Podobny trend obserwuje się dla tych cieczy: napięcie powierzchniowe wzrasta wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej. Jednakże N-Oktan powinien, według tego, mieć największe napięcie powierzchniowe, a nie toluen. Tutaj w grę wchodzą struktury molekularne i geometrie.

Cząsteczki toluenu, planu i anillares mają bardziej skuteczne interakcje N-oktan. Dlatego powierzchnia toluenu jest „napięta” niż powierzchnia N-oktan.

Ciecze polarne

Bycie silniejszym dipol-dipol. Ale nie zawsze tak jest. Wśród niektórych przykładów mamy:

-Kwas octowy, 27,60 dyn/cm w 20 ° C

-Aceton, 23,70 dyn/cm w temperaturze 20 ° C

-Krew, 55,89 dyn/cm w 22 ° C

-Etanol, 22,27 Dyn/cm w temperaturze 20 ° C

-Glicerol, 63 dyn/cm w 20 ° C

-Stopiony chlorek sodu, 163 dyn/cm w 650 ° C

-Roztwór NaCl 6 M, 82,55 dyn/cm w 20 ° C

Oczekuje się, że stopiony chlorek sodu będzie miał ogromne napięcie powierzchniowe: jest to lepka i jonowa ciecz.

Z drugiej strony rtęć jest jedną z cieczy o najwyższym napięciu powierzchniowym: 487 dyn/cm. W nim jego powierzchnia składa się z silnie spójnych atomów rtęci, znacznie więcej niż cząsteczki wody.

Aplikacje

Niektóre owady używają napięcia powierzchniowego wody, aby na nim chodzić. Źródło: Pixabay.

Samo powierzchowne napięcie brakuje aplikacji. Nie oznacza to jednak, że nie jest to zaangażowane w kilka codziennych zjawisk, że gdyby tego nie było, nie zdarzyłyby się, że by się nie wydarzyły.

Na przykład komary i inne owady mogą chodzić przez wodę. Wynika to z faktu, że ich hydrofobowe nogi odpychają wodę, jednocześnie na to, że pozwala na to mała masa.

Powierzchowne napięcie spełnia również rolę w zwilżaniu płynów. Im większe jego powierzchowne napięcie, tym mniejsza jego tendencja do wycieku przez pory lub pisklęta materiału. Oprócz tego są mało przydatnych płynów do czyszczenia powierzchni.

Może ci służyć: reakcja neutralizacji

Detergenty

To tutaj działają detergenty, zmniejszając napięcie powierzchniowe wody i pomagając w pokryciu większych powierzchni; jednocześnie ulepszając działanie odtłuszczającego. Zmniejszając jego powierzchowne napięcie, pomieści cząsteczki powietrza, z którymi tworzą się pęcherzyki.

Emulsje

Z drugiej strony, niskie wyższe napięcia są powiązane z stabilizacją emulsji, bardzo ważne w sformułowaniu różnych produktów.

Proste eksperymenty

Metalowy klips pływający z powodu napięcia wód powierzchniowych. Źródło: Alvesgaspar [CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Wreszcie, niektóre eksperymenty, które można przeprowadzić w dowolnej przestrzeni krajowej, zostaną przytoczone.

Eksperyment klipu

W szkle z zimną wodą na jego powierzchni umieszcza się metalowy klips. Jak widać na górnym obrazie, klip pozostanie na powierzchni dzięki napięciu powierzchniowym wody. Ale jeśli do szklanki zostanie dodana odrobina lawy Loza, napięcie powierzchniowe dramatycznie spadnie, a klip nagle zatopi.

Papierowa łódka

Jeśli mamy papierowy statek lub drewnianą paletę, a jeśli umyjesz mały lub detergent, zostanie on dodawany w głowie wymazu, wówczas nastąpi interesujące zjawisko: nastąpi odpychanie, które rozprzestrzeni je w kierunku krawędzi szkła. Papierowy statek i paleta z drewna odejdą od wymazu rozmazanym detergentem.

Kolejnym podobnym i bardziej graficznym eksperymentem jest powtórzenie tej samej operacji, ale w wiadrze wody spryskanej czarnym pieprzem. Cząstki czarnego pieprzu odejdą, a powierzchnia przejdzie z pieprzu na krystaliczne, z krawędziami na krawędziach.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Chemia. (8 wyd.). Cengage Learning.
2. Wikipedia. (2020). Napięcie powierzchniowe. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. USGS. (S.F.). Napięcie powierzchniowe i woda. Źródło: USGS.Gov
4. Jones, Andrew Zimmerman. (12 lutego 2020). Napięcie powierzchniowe - definicja i eksperymenty. Odzyskane z: Thoughtco.com
5. Susanna Lauren. (15 listopada 2017). Dlaczego napięcie powierzchniowe jest ważne? Biolin Scientific. Odzyskane z: blogu.Biolinscientific.com
6. Świadomość rodzicielska. (7 listopada 2019). Co to jest napięcie powierzchniowe | Fajny eksperyment naukowy. Odzyskane z: debiutanting.com
7. Jessica Mock. (2020). Eksperyment napięcia powierzchniowego. Badanie. Odzyskane z: Study.com
8. Dzieciak powinien to zobaczyć. (2020). Siedem eksperymentów napięcia powierzchniowego - Girl fizyka. Odzyskane z: thekidshouldseetis.com