POVRŠINSKA NAPETOST: UZROCI, PRIMJERI, PRIMJENE I EKSPERIMENTI - KEMIJA - 2025

Površinska napetost je fizikalno svojstvo ima sve tekućine, a karakterizira otpornost na njihove površine protiv bilo povećanje njegove površine. To je isto što govori da će navedena površina tražiti najmanju moguću površinu. Ovaj fenomen isprepliće nekoliko kemijskih koncepata, poput kohezije, adhezije i intermolekularnih sila.

Površinska napetost odgovorna je za formiranje površinskih zakrivljenosti tekućina u cjevastim spremnicima (graduirani cilindri, stupovi, epruvete itd.). To mogu biti konkavne (zakrivljene u obliku doline) ili konveksne (zakrivljene u obliku kupole). Mnogi se fizički fenomeni mogu objasniti razmatranjem promjena kroz koje prolazi površinska napetost tekućine.

Sferični oblici koje kapljice vode uzimaju na lišću djelomično su posljedica njihove površinske napetosti. Izvor: fotografija snimljena od korisnika flickr tanakawho

Jedna od tih pojava je tendencija molekula tekućine da se aglomeriraju u obliku kapi kada se odmaraju na površinama koje ih odbijaju. Na primjer, kapljice vode koje vidimo na lišću ne mogu ih mokriti zbog svoje voštane hidrofobne površine.

Međutim, dolazi vrijeme kada gravitacija igra svoju ulogu i kap se izlijeva poput stupa vode. Sličan fenomen događa se u sferičnim kapljicama žive prilikom izlijevanja iz termometra.

S druge strane, površinska napetost vode najvažnija je od svega, jer doprinosi i organizira stanje mikroskopskih tijela u vodenom mediju, poput stanica i njihovih lipidnih membrana. Uz to je ta napetost odgovorna za činjenicu da voda polako isparava, a neka tijela gušća nego što mogu plivati ​​na njenoj površini.

Uzroci površinske napetosti

Objašnjenje fenomena površinske napetosti je na molekularnoj razini. Molekule tekućine međusobno djeluju na način da su kohezivne u svojim pogrešnim pokretima. Molekula uzajamno djeluje sa svojim susjedima i onima iznad ili ispod nje.

Međutim, to se ne događa isto s molekulama na površini tekućine, koje su u kontaktu s zrakom (ili bilo kojim drugim plinom), ili s krutinom. Molekuli na površini ne mogu se kohezirati s onima vanjske okoline.

Kao rezultat toga, oni ne doživljavaju silu koja bi ih povukla prema gore; samo prema dolje, od svojih susjeda u tekućem mediju. Kako bi se suprotstavili toj neravnoteži, molekule na površini se "stisnu", jer tek tada mogu svladati silu koja ih gura prema dolje.

Tada se stvara površina na kojoj su molekule napetije. Ako čestica želi prodrijeti kroz tekućinu, prvo mora prijeći ovu molekulsku barijeru proporcionalnu površinskoj napetosti navedene tekućine. Isto se odnosi i na česticu koja iz dubine tekućine želi pobjeći u vanjsko okruženje.

Stoga se njegova površina ponaša kao da je to elastični film koji pokazuje otpornost na deformacije.

Jedinice

Površinska napetost obično je predstavljena simbolom γ, a izražava se u jedinicama N / m, dužini sile sile. Međutim, većinu vremena njegova jedinica je dyn / cm. Jedan se može pretvoriti u drugi pomoću sljedećeg faktora pretvorbe:

1 dyn / cm = 0,001 N / m

Površinska napetost vode

Voda je najrjeđa i najčudesnija od svih tekućina. Njegova površinska napetost, kao i nekoliko njegovih svojstava, neobično su visoki: 72 dyn / cm na sobnoj temperaturi. Ova se vrijednost može povećati na 75,64 dyn / cm, pri temperaturi od 0 ºC; ili se smanji na 58,85 ºC, pri temperaturi od 100 ºC.

Ova zapažanja imaju smisla kada uzmete u obzir da se molekularna barijera još jače steže pri temperaturama blizu smrzavanja ili se "labavi" malo više oko točke ključanja.

Voda ima visoku površinsku napetost zbog vodikovih veza. Ako su ovi sami po sebi vidljivi unutar tekućine, oni su još više na površini. Molekule vode jako isprepletene tvoreći interakcija dipol-dipol od H ₂ tipa O-Hoh.

Molekule vode privlače se međusobno; povezane su vodikovim vezama

Takva je učinkovitost njihovih interakcija da vodena molekularna barijera može podržati neka tijela prije nego što potonu. U odjeljcima aplikacija i eksperimenata vratit ćemo se na ovo pitanje.

Ostali primjeri

Sve tekućine predstavljaju površinske napetosti, bilo u manjem ili većem stupnju od vode, bilo da su to čiste tvari ili otopine. Koliko su jake i napete molekularne barijere njegovih površina, ovisit će izravno o njihovim međumolekularnim interakcijama, kao io strukturnim i energetskim čimbenicima.

Kondenzirani plinovi

Na primjer, molekule plinova u tekućem stanju međusobno djeluju samo kroz londonske disperzivne sile. To je u skladu s činjenicom da njihove površinske napetosti imaju niske vrijednosti:

-Tečni helij, 0,37 dyn / cm pri -273 ºC

-Teki dušik, 8,85 dyn / cm pri -196 ºC

- Tečni kisik, 13,2 dyn / cm pri -182 ºC

Površinska napetost tekućeg kisika veća je od one helija jer njegove molekule imaju veću masu.

Apolarne tekućine

Očekuje se da će nepolarne i organske tekućine imati veće površinske napetosti od ovih kondenziranih plinova. Među nekim od njih imamo sljedeće:

-Dietileter, 17 dyn / cm pri 20 ºC

- n-heksan, 18,40 dyn / cm pri 20 ° C

- n-oktan, 21,80 dyn / cm pri 20 ° C

-Toluen, 27,73 dyn / cm pri 25 ° C

Sličan trend je primijećen i kod ovih tekućina: površinska napetost raste kako raste njihova molekularna masa. Međutim, n-oktan treba imati najveću površinsku napetost, a ne toluen. Ovdje dolaze u obzir molekularne strukture i geometrije.

Molekule toluena, ravne i prstenaste, imaju učinkovitije interakcije od n-oktana. Stoga je površina toluena "čvršća" od površine n-oktana.

Polarne tekućine

Kako postoje jače dipol-dipolne interakcije između molekula polarne tekućine, njihova tendencija je pokazivati ​​veće površinske napetosti. Ali to nije uvijek slučaj. Među nekim primjerima imamo:

-Octena kiselina, 27,60 dyn / cm pri 20 ºC

-Aceton, 23,70 dyn / cm pri 20 ºC

-Blood, 55,89 dyn / cm pri 22 ° C

-Etanol, 22,27 dyn / cm pri 20 ° C

-Glicerol, 63 dyn / cm pri 20 ºC

-Toreni natrijev klorid, 163 dyn / cm pri 650 ºC

- 6 M otopina NaCl, 82,55 dyn / cm pri 20 ° C

Očekuje se da rastopljeni natrijev klorid ima ogromnu površinsku napetost - to je viskozna, jonska tekućina.

S druge strane, živa je jedna od tekućina s najvećim površinskim naponom: 487 dyn / cm. U njemu se njegova površina sastoji od snažno kohezivnih atoma žive, puno više od molekula vode.

Prijave

Neki insekti koriste površinsku napetost vode da bi mogli hodati po njoj. Izvor: Pixabay.

Samo površinska napetost nema primjene. Međutim, to ne znači da nije uključen u razne svakodnevne pojave, koje da nisu postojale, ne bi se dogodile.

Na primjer, komarci i drugi insekti mogu hodati kroz vodu. To je zato što njihove hidrofobne noge odbijaju vodu, dok im mala masa omogućuje da ostanu na moru na molekularnoj barijeri bez pada na dno rijeke, jezera, ribnjaka itd.

Površinska napetost također igra ulogu u vlažnosti tekućina. Što je veća površinska napetost, manja je i tendencija da curi kroz pore ili pukotine u nekom materijalu. Uz to, nisu vrlo korisne tekućine za čišćenje površina.

deterdženti

Ovdje djeluju deterdženti, smanjujući površinsku napetost vode i pomažući joj da prekrije veće površine; istovremeno poboljšavajući njegovo odmašćivanje. Smanjivanjem površinske napetosti stvara prostor za molekule zraka, s kojima stvaraju mjehuriće.

emulzije

S druge strane, niže veće napetosti povezane su sa stabilizacijom emulzija, koje su vrlo važne u formulaciji različitog spektra proizvoda.

Jednostavni eksperimenti

Metalna kopča koja pluta zbog površinske napetosti vode. Izvor: Alvesgaspar

Na kraju će biti citirani neki eksperimenti koji se mogu izvesti u bilo kojem domaćem prostoru.

Klip eksperiment

Metalna kopča postavljena je na njezinu površinu u čaši sa hladnom vodom. Kao što se vidi na gornjoj slici, isječak će ostati u zraku zahvaljujući površinskoj napetosti vode. Ali ako malo čašice lava dodate u čašu, površinska napetost dramatično će pasti i kopča za papir će iznenada potonuti.

Brod od papira

Ako na površini imamo papirnati brod ili drvenu paletu i ako se perilici posuđa ili deterdžentu doda glava brisa, tada će se dogoditi zanimljiv fenomen: doći će do odbojnosti koja će ih širiti prema rubovima čaše. Brodski papir i drvena paleta odmaknut će se od brisa zaprljanih deterdžentom.

Još jedan sličan i grafičkiji eksperiment sastoji se od ponavljanja iste operacije, ali u kanti vode posutog crnim paprom. Čestice crnog papra će se odmašiti i površina će se mijenjati od paprike prekrivene do kristalno bistre, s paprom na rubovima.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Wikipedia. (2020). Površinska napetost. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. USGS. (SF). Površinska napetost i voda. Oporavak od: usgs.gov
4. Jones, Andrew Zimmerman. (12. veljače 2020.). Površinska napetost - definicija i eksperimenti. Oporavilo od: misel.com
5. Susanna Laurén. (15. studenog 2017.). Zašto je površinska napetost važna? Biolin Scientific. Oporavilo sa: blog.biolinscientist.com
6. Rookie roditeljska nauka. (07. studenog 2019.). Što je površinska napetost - cool znanstveni eksperiment. Oporavilo od: rookieparenting.com
7. Jessica Munk. (2020). Pokusi površinske napetosti. Studija. Oporavilo od: study.com
8. Klinac bi ovo trebao vidjeti. (2020). Sedam eksperimenata površinske napetosti - djevojka fizike. Oporavak od: thekidshouldseethis.com