ПОВРШИНСКА НАПЕТОСТ: УЗРОЦИ, ПРИМЕРИ, ПРИМЕНЕ И ЕКСПЕРИМЕНТИ - ХЕМИЈА - 2026

Површински напон се физичка особина која сва течност, а одликује отпорност на њихове површине супротставе свако повећање њене површине. То је исто што каже да ће наведена површина тражити најмању могућу површину. Овај феномен испреплиће неколико хемијских концепата, попут кохезије, адхезије и интермолекуларних сила.

Површинска напетост је одговорна за формирање површинских закривљености течности у цевастим посудама (градуирани цилиндри, стубови, епрувете, итд.). То могу бити конкавне (закривљене у облику долине) или конвексне (закривљене у облику куполе). Многи физички феномени могу се објаснити разматрањем промена које подноси површински напон течности.

Сферни облици које капљице воде попримају на лишћу делом су последица и њихове површинске напетости. Извор: фотографија снимљена од корисника флицкр танакавхо

Једна од тих појава је тенденција молекула течности да се агломерирају у облику капи, када се одмарају на површинама које их одбијају. На пример, капљице воде које видимо на лишћу не могу да је влаже због своје воштане, хидрофобне површине.

Међутим, дође време када гравитација игра своју улогу и кап се излива попут стуба воде. Слична појава се јавља и код сферних капи живе при изливању са термометра.

Са друге стране, површинска напетост воде је најважнија од свега, јер доприноси и организује стање микроскопских тела у воденом медијуму, попут ћелија и њихових липидних мембрана. Поред тога, ова напетост је одговорна за чињеницу да вода полако испарава, а нека тела гушће него што могу да лебде на њеној површини.

Узроци површинске напетости

Објашњење феномена површинске напетости је на молекуларном нивоу. Молекули течности међусобно делују на такав начин да су кохезивни у својим погрешним покретима. Молекул делује у интеракцији са својим суседима поред њега и са онима изнад или испод њега.

Међутим, то се не догађа исто са молекулима на површини течности, који су у контакту са ваздухом (или било којим другим гасом), или са чврстом супстанцом. Молекули на површини не могу да се сједине са онима спољашње средине.

Као резултат, они не доживљавају силу која би их повукла према горе; само према доле, од својих суседа у течном медијуму. Да би се супротставили овој неравнотежи, молекули на површини се „стишћу“, јер тек тада могу да савладају силу која их гура према доле.

Тада се ствара површина где су молекули у чвршћем распореду. Ако честица жели да продре кроз течност, она мора прво да пређе ову молекулску баријеру пропорционалну површинској напетости наведене течности. Исто се односи и на честицу која из дубина течности жели побећи у спољашње окружење.

Стога се његова површина понаша као да је то еластични филм који показује отпорност на деформације.

Јединице

Површинска напетост је обично представљена симболом γ и изражена је у јединицама Н / м, дужини силе силе. Међутим, већину времена његова јединица је дин / цм. Једно се може претворити у друго помоћу следећег фактора конверзије:

1 дин / цм = 0,001 Н / м

Површинска напетост воде

Вода је најрјеђа и најчудеснија од свих течности. Његова површинска напетост, као и неколико његових својстава, необично су високе: 72 дин / цм на собној температури. Ова вредност може порасти на 75,64 дин / цм, при температури од 0 ° Ц; или се смањи на 58,85 ºЦ, при температури од 100 ºЦ.

Ова запажања имају смисла када узмете у обзир да се молекулска баријера још јаче стеже на температурама близу смрзавања или се „олабави“ мало више око тачке кључања.

Вода има високу површинску напетост због водоничних веза. Ако су они сами по себи примећени унутар течности, оне су још више на површини. Молекули воде су јако заплетени, формирајући дипол-дипол интеракција на Х ₂ типа О-ХОХ.

Молекули воде привлаче једни друге; повезане су водоничним везама

Таква је ефикасност њихових интеракција да водена молекулска баријера може чак и да подржи нека тела пре него што потону. У одељцима апликација и експеримената вратићемо се на ово питање.

Остали примери

Све течности представљају површинске напетости, било у мањем или већем степену од воде, било да су чисте супстанце или раствори. Колико су јаке и затегнуте молекуларне баријере његових површина, директно ће зависити од њихових међумолекуларних интеракција, као и од структурних и енергетских фактора.

Кондензовани гасови

На пример, молекули гасова у течном стању међусобно делују само кроз лондонске дисперзивне силе. То је у складу са чињеницом да њихове површинске напетости имају ниске вредности:

-Течни хелијум, 0,37 дин / цм на -273 ° Ц

- Течни азот, 8,85 дин / цм на -196 ° Ц

- Течни кисеоник, 13,2 дин / цм на -182 ° Ц

Површинска напетост течног кисеоника већа је од оне хелијума јер његови молекули имају већу масу.

Аполарне течности

Очекује се да ће неполарне и органске течности имати веће површинске напетости од ових кондензованих гасова. Међу неким од њих имамо следеће:

-Диетилетер, 17 дин / цм на 20 ° Ц

- н-хексан, 18.40 дин / цм на 20 ° Ц

- н-октан, 21,80 дин / цм на 20 ° Ц

-Толуен, 27,73 дин / цм на 25 ° Ц

Сличан тренд је примећен и код ових течности: површинска напетост се повећава како се повећавају њихове молекуларне масе. Међутим, н-октан треба да има највећу површинску напетост, а не толуен. Овде молекуларне структуре и геометрије долазе у игру.

Молекули толуена, равни и прстенасти, имају ефикасније интеракције од н-октана. Стога је површина толуена "чвршћа" од површине н-октана.

Поларне течности

Како постоје јаче дипол-диполне интеракције између молекула поларне течности, њихова тенденција је да показују веће површинске напетости. Али то није увек случај. Међу неким примерима имамо:

-Оцтену киселину, 27,60 дин / цм на 20 ° Ц

-Ацетон, 23.70 дин / цм на 20 ° Ц

-Крви, 55,89 дин / цм на 22 ° Ц

-Етанол, 22,27 дин / цм на 20 ° Ц

-Глицерол, 63 дин / цм на 20 ° Ц

-Фузно растворен натријум-хлорид, 163 дин / цм при 650 ° Ц

- 6 М раствор НаЦл, 82,55 дин / цм на 20 ° Ц

Очекује се да ће растаљени натријум-хлорид имати огромну површинску напетост - то је вискозна, јонска течност.

С друге стране, жива је једна од течности са највећим површинским напоном: 487 дин / цм. У њему је његова површина састављена од кохезивних атома живе, много више од молекула воде.

Апликације

Неки инсекти користе површинску напетост воде да би могли да ходају по њој. Извор: Пикабаи.

Само површинска напетост нема примјене. Међутим, то не значи да није укључен у разне свакодневне појаве, које да нису постојале, не би се јављале.

На пример, комарци и други инсекти могу да ходају водом. То је зато што њихове хидрофобне ноге одбијају воду, док им мала маса омогућава да остану на мору на молекуларној баријери без пада на дно реке, језера, језера итд.

Површинска напетост такође игра улогу у влажности течности. Што је већа његова површинска напетост, мања је и тенденција да цури кроз поре или пукотине у неком материјалу. Уз то, нису баш корисне течности за чишћење површина.

Детерџенти

Овде делују детерџенти, смањујући површинску напетост воде и помажући јој да прекрије веће површине; истовремено побољшавајући његово одмашћивање. Смањивањем површинске напетости ствара простор за молекуле ваздуха, са којима формирају мехуриће.

Емулзије

С друге стране, ниже веће тензије повезане су са стабилизацијом емулзија, које су веома важне у формулацији различитог спектра производа.

Једноставни експерименти

Метална копча која плута због површинске напетости воде. Извор: Алвесгаспар

На крају ће бити цитирани неки експерименти који се могу извести у било ком домаћем простору.

Цлип експеримент

Метална копча постављена је на њену површину у чаши са хладном водом. Као што се види на горњој слици, копча ће остати у води захваљујући површинској напетости воде. Али ако се мало чашице лаве дода у чашу, површинска напетост ће драматично пасти и копча за папир ће изненада потонути.

Папирни чамац

Ако на површини имамо папирни брод или дрвену палету и ако се машини за прање судова или детерџенту дода глава бриса, онда ће се догодити занимљива појава: доћи ће до одбојности која ће их ширити према ивицама чаше. Бродски папир и дрвена палета удаљит ће се од бриса запрљаног детерџентом.

Још један сличан и графичкији експеримент састоји се у понављању исте операције, али у канти воде преливене црним бибером. Честице црног бибера ће се одлити и површина ће се променити од паприке прекривене до кристално чисте, са паприком по ивицама.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. (2008). Хемија (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Учење.
2. Википедиа. (2020). Површински напон. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. УСГС. (сф) Површинска напетост и вода. Опоравак од: усгс.гов
4. Јонес, Андрев Зиммерман. (12. фебруара 2020.). Површинска напетост - дефиниција и експерименти. Опоравак од: тхинкцо.цом
5. Сусанна Лаурен. (15. новембра 2017.). Зашто је површинска напетост важна? Биолин Сциентифиц. Опоравак од: блог.биолинсциентист.цом
6. Научна наука о родитељима. (07. новембар 2019). Шта је површинска напетост - Цоол научни експеримент. Опоравак од: роокиепарентинг.цом
7. Јессица Мунк (2020). Испитивања површинске напетости. Студи. Опоравак од: студи.цом
8. Клинац би ово требао видети. (2020). Седам експеримената површинске напетости - Пхисицс Гирл. Опоравак од: тхекидсхоулдсеетхис.цом