Поверхностное натяжение – порыв жидкости уменьшить собственную свободную поверхность, то есть сократить избыток потенциальной энергии на границе разъединения с газообразной фазой. Поверхностное натяжение на границе двух жидкостей зависит от полярности.
Поверхностные явления
Знание о свойствах поверхностного натяжения позволяет управлять поведением жидкостей, контролировать процессы смачивания, пенивания и пенообразования, а также разрабатывать новые материалы и технологии. Таким образом, изучение поверхностного натяжения и его зависимости от рода жидкости является важной частью науки и промышленности. Влияние ионной природы на поверхностное натяжение Когда в растворе присутствуют ионы, они могут вступать в химические реакции с молекулами жидкости, изменяя их свойства. Взаимодействие ионов с молекулами на поверхности жидкости приводит к изменению их ориентации и межмолекулярных сил. В результате, поверхность жидкости становится менее упругой, что приводит к уменьшению ее поверхностного натяжения. Ионная природа раствора также влияет на величину поверхностного натяжения. Например, водные растворы могут содержать положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы взаимодействуют с отрицательно заряженными группами на поверхности воды, что приводит к уменьшению поверхностного натяжения.
Отрицательно заряженные ионы взаимодействуют с положительно заряженными группами на поверхности, также уменьшая поверхностное натяжение. Кроме того, ионная природа раствора может влиять на поверхностное натяжение путем изменения концентрации ионов. При увеличении концентрации ионов в растворе, взаимодействие ионов с поверхностью жидкости становится более интенсивным, что приводит к увеличению эффекта ионной природы на поверхностное натяжение. Таким образом, ионная природа раствора оказывает значительное влияние на поверхностное натяжение жидкости. Изменение концентрации ионов и их взаимодействие с молекулами на поверхности жидкости приводят к изменению свойств жидкости и ее поверхностного натяжения. Как натяжение связано с молекулярной структурой Основной фактор, определяющий поверхностное натяжение, является сила взаимодействия между молекулами внутри жидкости. Если эти силы сильны и молекулы тесно связаны друг с другом, поверхность жидкости будет более напряженной и сопротивлением к разрыву.
Молекулярная структура жидкости также может влиять на ее поверхностное натяжение через влияние положительных и отрицательных зарядов на поверхностные слои. Эти заряды вызывают электростатические силы притяжения или отталкивания между молекулами, что ведет к изменению поверхностного натяжения. Межмолекулярные силы, такие как ван-дер-Ваальсовы силы, могут также влиять на поверхностное натяжение. Если эти силы слабы и молекулы свободно двигаются, поверхностное натяжение будет ниже. С другой стороны, форма молекулярного скелета жидкости может также играть роль в определении ее поверхностного натяжения. Например, жидкости с длинными, цепкие молекулами могут образовывать сильные внутренние связи, что приводит к более высокому поверхностному натяжению.
Присутствия каких-либо примесей. Свойств газа, контактирующего с жидкостью. Чем вызвано поверхностное натяжение Причина возникновения явления поверхностного напряжения: молекулы, которые составляют верхний слой жидкости. Они создают взаимодействие между собой, возникает натяжение.
Жидкости стремятся принять форму, которая требует минимальной площади поверхности. Силы поверхностного натяжения Силы поверхностного натяжения работают вдоль поверхности жидкости перпендикулярно контуру.
По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.
Если окунуть кончик тонкой трубочки капилляра в жидкость, то жидкость начнет подниматься по трубочке на достаточно большую высоту. Затягивает жидкость туда как раз сила натяжения, которую постепенно уравновешивает сила тяжести. Высота подъема зависит от двух факторов - она увеличивается при увеличении коэффициента поверхностного натяжения данной жидкости и при уменьшении диаметра трубочки. Предлагаю вашему вниманию три опыта на эту тему. Окрашивание растений за счет капиллярного эффекта Считается, что благодаря капиллярному эффекту происходит очень важный процесс - питание живых растений водой. Вода поднимается по тонким капиллярам внутри стебля именно благодаря поверхностному натяжению жидкости. Существует очень простой, понятный и красивый опыт, демонстрирующий капиллярный эффект в растениях. Если поместить белый цветок в подкрашенную воду, то через некоторое время порядка нескольких часов он окрасится в соответствующий цвет, поскольку краска вместе с водой будет подниматься по капиллярам. В видео показан таймлапс этого замечательного опыта. Крайне рекомендую к повторению! Цветку лучше оставить короткую ножку, поскольку так эффект проявляется быстрее. Смачивание и не смачивание Есть в физике поверхностного натяжения жидкостей такие понятия как смачивание и не смачивание. Если говорить простыми словами, то степень смачивания определяет то, как жидкость взаимодействует с той или иной поверхностью. В случае полного не смачивания жидкость останется практически идеальной сферой как мы ранее видели с ртутью и золотом. В случае полного смачивания жидкость полностью растечется по поверхности. Поясняющую картинку прилагаю. A - полное не смачивание S - полное смачивание Если силы межмолекулярного притяжения между молекулами жидкости больше, чем между жидкостью и поверхностью, то мы наблюдаем не смачивание. Так ведет себя ртуть на стекле.
Что такое поверхностное натяжение жидкости
- Форум самогонщиков, пивоваров, виноделов
- Поверхностное натяжение воды. НПК.
- 2.2.3. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения
- Почему у воды высокое поверхностное натяжение?
- Почему у воды высокое поверхностное натяжение?
- Что такое поверхностное натяжение жидкости
Поверхностное натяжение воды. НПК.
Почему площадь свободной поверхности жидкости минимальна? На молекулы, расположенные в поверхностном слое, действует направленная внутрь жидкости равнодействующая сила и сжимает ее. Это приводит к тому, что площадь свободной поверхности стремится принять минимальное значение.
Utfkt5968 27 апр. Как изменится сила взаимодействиядвух точеснах зарядовитые если модуль каждого из них увеличится в 2 Assaqqws 27 апр. Zdr2 27 апр.
Igor12387 27 апр. В мензурку налито 100 мл воды? Ukra 27 апр. Rafikchannel6 27 апр. При полном или частичном использовании материалов ссылка обязательна.
Здесь я снова хочу напомнить читателям, что высокое поверхностное натяжение воды обеспечивают прежде всего водородные связи, имеющиеся между молекулами воды. И если мы видим по конечному результату некоего воздействия на воду, что ее поверхностное натяжение значительно снижается, то можем предполагать, что в основе такого снижения лежит разрыв водородных связей между множеством молекул воды. Например, входя в воду, мы никак не чувствуем поверхностного натяжения этой воды и также не чувствуем суммарного действия водородных связей между молекулами воды. Но если вода замерзнет, то мы спокойно можем пройти, а то и проехать на машине по льду, - на поверхности воды нас будут удерживать водородные связи. А при температуре нашего тела оно равно 70 единицам. Как видите, с повышением температуры воды все больше водородных связей разрывается. Почему хунзакутская вода имеет пониженное поверхностное натяжение - Фланаган об этом ничего не говорит. И неужели в хунзакутской воде нет больше ничего примечательного кроме пониженного поверхностного натяжения? Нам важнее было бы знать в каком количестве содержатся те или иные элементы.
А то, что в воде много серебра, тоже нельзя рассматривать как позитивное явление, так как с определенной концентрации этого элемента в воде начинается его негативное воздействие на организм более подробно об ионах серебра говорится в 6-ой главе. Странно в общем-то видеть, что исследователь столько времени затратил на разгадку причины благоприятного воздействия хунзакутской воды на организм человека, но при этом не определил химический состав этой воды, хотя мне кажется, что он все же производил анализы химического состава этой воды, иначе откуда бы он знал, что в ней находятся почти все химические элементы. Вероятнее всего, что он не пришел к определенному выводу, так как эта вода содержит очень мало минеральных веществ и ее можно было бы назвать маломинерализованной. Но и это определение еще мало о чем нам говорит, как мы знаем из предыдущей главы. Поэтому Фланаган мог намеренно упустить вопрос о минерализации и уделил главное внимание поверхностному натяжению. Почему я пришел к такому выводу?
Однако у разных родов жидкостей этот эффект может проявляться по-разному. Например, у некоторых жидкостей, таких как вода, эффект температуры на поверхностное натяжение может быть наиболее выраженным и значительным. При повышении температуры вода может «распадаться» на отдельные молекулы и образовывать пар, что приводит к увеличению доступных для образования поверхностного слоя молекул и, как следствие, уменьшению поверхностного натяжения. С другими родами жидкостей, такими как масла или спирты, эффект температуры на поверхностное натяжение может быть менее значительным. Это связано с более слабыми межмолекулярными взаимодействиями в этих жидкостях, что делает эффект температуры на поверхностное натяжение менее выраженным. Таким образом, рода жидкости влияют на поверхностное натяжение различными способами, причем эффект температуры может варьироваться для каждого рода жидкости. Это явление имеет важное значение в различных областях науки и технологии, таких как химия, физика, биология и материаловедение. Практическое применение знаний о влиянии рода жидкости на поверхностное натяжение Знание о влиянии рода жидкости на поверхностное натяжение имеет практическое применение в различных областях науки и промышленности. Например, в фармацевтической индустрии изучение поверхностного натяжения позволяет разрабатывать более эффективные лекарственные препараты. Оно влияет на способность проникать активным веществам через клеточные мембраны и эффективность их взаимодействия с организмом. В области материаловедения знание о поверхностном натяжении позволяет подбирать оптимальные материалы для создания различных покрытий и пленок с заданными свойствами.
Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
Это видно на примере капель, которые принимают форму шариков. Также на поверхности действуют особые силы, которые "стягивают" этот слой. Их называют силами поверхностного натяжения. Проявления сил поверхностного натяжения Чтобы убедиться в реальном существовании сил поверхностного натяжения, достаточно провести простые опыты. Поместить мыльную пленку на рамку и увидеть, как она стремится уменьшить свою площадь. Опустить проволочное кольцо в мыльный раствор и подействовать на него силой, чтобы оторвать от поверхности. Таким образом, силовое и энергетическое определения поверхностного натяжения тесно взаимосвязаны между собой и дополняют друг друга. Давайте разберемся, от чего зависит это удивительное свойство.
На форму маленьких капель сильно влияет поверхностное натяжение, для очень маленьких капель это влияние становится определяющим. Для ныряющего в воду человека главную опасность представляет давление на него воды. Для крошечного клопа, ползущего по капле дождя, непреодолимы силы поверхностного натяжения. Теперь понятно, почему маленькие водяные насекомые могут бегать по поверхности пруда не проваливаясь? Они ничем не рискуют: большинство из них водой не смачивается и провалиться не может. Даже если их насильно затолкнуть под воду, они немедленно выскочат наружу, причем помогает им поверхностный слой. Для крошечных насекомых, тело которых имеет способность намокать, капля воды оказывается тюрьмой. Частично смачиваемые водой насекомые могут держаться на ее поверхности, если они достаточно малы, но, погрузившись однажды в воду, случайно проскочив через упругую поверхность, они уже не смогут выбраться наружу. В жизни еще более мелких существ, например микробов, все определяется поверхностными силами; вес едва ли имеет для них какое-либо значение. Весь контакт с внешним миром они осуществляют через свою поверхность; через нее поступает пища, и, если они хотят двигаться, им надо изменять-форму своей поверхности.
Не удивительно поэтому, что такие существа можно уничтожать с помощью ядов, которые покрывают их поверхность, подобно тому как краска наносится на волокна одежды. Размышления завели нас далеко от экспериментальных фактов. Некоторые из развитых идей подтверждаются последующими опытами, другие стоят лишь немногим более простой игры воображения, и их следует использовать только в той мере, в какой они приводят к плодотворным предположениям. Краевой угол с молекулярной точки зрения Все же мы можем развить дальше молекулярную картину и обсудить, как жидкости соприкасаются с твердыми телами, т. Возвращаясь к небольшим лужицам на столе и к классификации по краевым углам, нарисуем каплю, поверхность которой принимает выпуклую форму под влиянием поверхностных сил, действующих на молекулы фиг. Поверхностное натяжение и краевой угол с молекулярной точки зрения. В том месте, где лужица соприкасается со столом, угловые молекулы должны также притягиваться столом. Совместное притяжение стола и жидкости и определяет краевой угол. Складывая силы притяжения как векторы, получаем равнодействующую R сил притяжения со стороны соседних молекул как жидкости, так и стола. Для поверхности жидкости эта равнодействующая играет роль «вертикали», и поверхность расположится перпендикулярно к ней, точно так же, как поверхность большой лужи принимает горизонтальное положение, перпендикулярно силе тяжести.
Итак, краевой угол определяется направлением равнодействующей сил притяжения R; прежде чем продолжить обсуждение, рассмотрим подробнее силы, которые определяют форму поверхности. Молекулярные силы и поверхность жидкости Чтобы понять, почему поверхность жидкости располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения R, вернемся к обсуждению сил, действующих на молекулу. На молекулы действуют: дальнодействующие силы: б притяжение соседей только в пределах нескольких диаметров молекул ; короткодействующие силы: в сильное отталкивание во время столкновений с соседями на расстоянии долей диаметра молекулы. Для описания поведения молекул вряд ли стоит применять термин «равновесие», но все же можно сказать, что в покоящейся жидкости каждая молекула в среднем находится в равновесии. Коротко- и дальнодействующие силы. На любую молекулу на поверхности жидкости короткодействующие силы действуют со всех сторон и снизу, поэтому равнодействующая будут перпендикулярна поверхности. Равнодействующая дальнодействующих сил, которая уравновешивает эти короткодействующие силы, должна иметь противоположное направление, а следовательно, она также будет перпендикулярна поверхности. Из последнего утверждения следует и обратное — поверхность должна быть перпендикулярна равнодействующей сил притяжения, в противном случае все силы перемещали бы поверхность, пока она не приняла бы этого положения. Конечно, в молекулярном масштабе сама поверхность исчезает в хаосе беспорядочных движений, подобно границе толпы. Она представляется гладкой, только когда ее рассматривают издалека.
Две из названных сил действуют на поверхность и меняют свое направление, когда поверхность изгибается. Это — короткодействующее отталкивание и дальнодействующее притяжение соседей. Третья сила — земное притяжение — всегда направлена вертикально вниз. В большом пруду основное направление задается силой тяжести, которая превращает всю поверхность в горизонтальную плоскость; поэтому две другие силы также вертикальны. На молекулы же, расположенные вблизи твердой стенки или на поверхности небольшой искривленной капли, притяжение соседей влияет намного больше, чем сила тяжести. Поэтому для объяснения искривленного мениска или краевого угла силой тяжести можно пренебречь. Просто говорят: «Поверхность располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения, которые действуют на молекулу, находящуюся на поверхности». Краевой угол и молекулярные силы Чтобы объяснить природу краевого угла с точки зрения молекулярных сил, рассмотрим силы притяжения, действующие на молекулу С, которая находится в том месте, где лужица жидкости соприкасается с твердым столом фиг. Силы, действующие на молекулу, находящуюся на краю небольшой лужицы жидкости. Лужица находится на столе, который сильно притягивает молекулы жидкости.
Во-первых, на нее действует притяжение соседей, находящихся внутри слоя жидкости; равнодействующая этих сил равна F1 и направлена по биссектрисе угла клина направление подсказано симметрией. Во-вторых, ее притягивают молекулы твердого стола с равнодействующей F2, которая перпендикулярна столу снова по соображениям симметрии. Векторное сложение сил F1 и F2 и дает их равнодействующую R; поверхность жидкости должна расположиться перпендикулярно R. Это схематически изображено на фиг. В таком случае краевой угол невелик и жидкость смачивает стол. Можно сказать, что сильно притягивающий стол побуждает жидкость растекаться. Таким образом, смачивание зависит от относительной силы молекулярного притяжения. Если молекулы жидкости притягиваются молекулами твердого тела сильнее, чем соседними молекулами самой жидкости, жидкость будет смачивать стол и растекаться. С другой стороны, если молекула жидкости предпочитает своих собратьев молекулам стола, силу F1 следует нарисовать больше F2 и картина примет такой вид, как на фиг. Для «водоотталкивания», по-видимому, требуется, чтобы молекулы жидкости испытывали со стороны соседних молекул стола меньшее притяжение, чем со стороны соседних молекул жидкости.
Лужица находится на столе, который слабо притягивает молекулы жидкости. Водоотталкивание и смачивание Таково молекулярное объяснение смачивания и краевого угла. Разве это не просто волшебная сказка, выдуманная для того, чтобы свести концы с концами? Нет, это объяснение совсем не так плохо, поскольку оно основано на молекулярных представлениях, которые используются в других областях физики и химии. Кроме того, оно позволяет сделать полезные рекомендации: 1 Для улучшения смачивания мечта прачек надо сделать F2 больше, чем F1, т. Это можно осуществить, применяя молекулы-посредники, которыми на практике являются молекулы мыла. Таким образом, мы раскрыли секрет мыла и указали путь к созданию новых синтетических моющих средств. На вопрос: «Какой толщины должно быть покрытие? На вопрос: «Какова толщина молекулы? Это особенно заметно, когда жидкости поднимаются в очень узких трубках; «капиллярность» — полезное свойство жидкостей, и мы сейчас его разберем.
Нагрейте кусок стеклянной трубки, растяните его в очень тонкую трубку и опустите один ее конец в чернила фиг. Окрашенная вода поднимается вверх вопреки силе тяжести, опровергая правило: «вода в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне». Однако в U-образной трубке с колонами разного сечения жидкость все же устанавливается на одном уровне фиг. Если вспомнить обсуждение относительной роли поверхностных и объемных эффектов, можно догадаться, что влияние поверхностного натяжения будет более заметно в приборах малых размеров; например, в небольшой U-образной трубке фиг. Конечно, это то же самое, что мы уже видели при погружении тонкой трубки в чернила. Наброски, представленные на фиг. Если жидкость поднимается в тонких трубках, то в еще более тонких она должна подняться еще выше. Проверьте это см. Капиллярные явления. Поскольку это следствие поверхностного натяжения проявляется в трубках, «тонких, как волос», оно получило название от латинского слова «волос» — capilla.
Таким образом, капиллярность — это старое название поверхностного натяжения, которое еще применяется, чтобы охарактеризовать поведение жидкостей в тонких трубках. Это красивое название, но оно не объясняет подъема жидкости. Сказать, что вода поднимается по тонкой трубке вследствие капиллярности, по существу то же, что сказать «вследствие поведения тонких трубок». Рассматривая через увеличительное стекло мениск поверхность жидкости в тонкой трубке, мы увидим, что он висит, как прикрепленный к стеклу изогнутый мешок, весьма похожий на одеяло пожарников, которые ловят выбрасывающегося из окна горящего дома тяжелого мужчину фиг. Снова возникает мысль о резиновой оболочке. Если измерить силы, удерживающие оболочку, то видно, что эти же силы определяют форму маленьких капель. Можно даже говорить, что оболочка удерживает поднимающуюся по трубке жидкость[75], но более реально говорить о молекулах, которые вскарабкиваются по внутренней поверхности трубки и образуют изогнутый мениск. Жидкости поднимаются не только в круглом стеклянном капилляре. Капиллярность проявляется в любом узком пространстве. Когда вода стекает между щетинками малярной кисти или увлажняет в ванне ваши волосы, то она заполняет не полые волоски, а узкие промежутки между отдельными волосками.
На таком поведении жидкостей основано всасывание масла в ламповый фитиль, воды в банное полотенце и т. Задача 3 трудная. Формула капиллярности Допустим, что подъем жидкости в капилляре определяется разностью давлений по обе стороны мениска. Вернитесь к опыту с двумя соединенными друг с другом мыльными пузырями см. Какой вывод только из этого опыта можно сделать о соотношении между высотой подъема в капилляре и его диаметром? Задача 4. Капиллярность в несмачиваемой трубке Возьмем жидкость, которая образует со стенками трубки большой краевой угол. К задаче 4. Уровень ртути в широкой трубке показан, но рисунки не закончены. Набросайте в тетради все эти рисунки и закончите их.
Применения капиллярности Чтобы жидкость втягивалась в капилляр, а не только поднималась вверх, и вообще проникала в поры, необходим малый краевой угол между жидкостью и стенками пор. При большой величине краевого угла предметы будут оставаться сухими. Ниже приведены примеры, которые демонстрируют роль капиллярности и смачивания в природе и в быту. Чернила на конце пера щель на конце пера подает чернила на бумагу вследствие капиллярности; стальные перья, применявшиеся прежде, когда они бывали новыми, имели большой краевой угол, и для улучшения работы перья следовало смочить слюной. Чернила на бумаге но поры в бумаге должны быть закрыты. Кровь на бинтах. Капли от насморка на слизистой оболочке носа. Припой на металле для уменьшения краевого угла применяют флюс. Слюна на пище. Растворитель для краски на сухом порошке красителя.
Жидкая краска на окрашиваемых поверхностях с этим связан ряд вопросов в технике живописи. Мыльная вода при стирке грязной одежды. Вода на стеклах очков здесь нет узких промежутков, но при небольшом краевом угле конденсирующаяся на стекле вода создает плоскую пленку, а не туман из капелек. Блинное тесто на сковороде. Вода на полу в ванной. Вода на стеклах очков мелкие капли быстрее испаряются. Важную роль капиллярность играет в садоводстве. Вода проникает в тонкие промежутки между частицами почвы. Разрыхление и вскапывание изменяет размеры этих промежутков и затрудняет доступ воды из глубины почвы к поверхности, предотвращая тем самым ее испарение. Кирпичи пористы.
Кирпичные дома на высоте 30 см или более от поверхности земли должны иметь изоляцию от влаги из непористого материала. Объяснение капиллярности с молекулярной точки зрения По всей трубке вверх поднимается очень тонкий слой жидкости, возможно, толщиной в одну молекулу, а за ним ползет основная масса жидкости, образуя искривленный мениск. Силы F1 и F2 для случаев малого и большого краевого угла схематически изображены на фиг. Молекулярные силы, краевой угол и капиллярность. Поверхность жидкости располагается перпендикулярно равнодействующей R сил притяжения, действующих на ее молекулы. Это является результатом короткодействующих сил, которые проявляются при столкновениях с другими молекулами. Когда краевой угол равен нулю, стеклянная стенка, вероятно, на всем протяжении покрыта тонким слоем жидкости толщиной в несколько молекул. Мениск всползает по этому слою жидкости. Рисунки весьма упрощены, так как на них не учтена сила тяжести. Вещества, облегчающие смачивание: мыла и моющие средства Очень часто, когда нужен малый краевой угол, природа дает нам большой.
Овечья шерсть, например, не смачивается водой; это мешает обработке отары растворами при дезинсекции. С обеденной посуды вода скатывается, как со спины утки, и даже на чайных стаканах порой остаются несмачиваемые отпечатки пальцев. А новые посудные полотенца, поступающие со склада с ужасной восковой отделкой! Нам необходимы молекулы-посредники, которые образовывали бы промежуточный слой и уменьшали бы краевой угол между водой и жирными тарелками, покрытыми воском волокнами одежды и т. Сейчас эту роль выполняют моющие средства, предшественником которых было мыло. Мыло действует на жир с помощью поверхностного натяжения, помогая воде заползать под жир и отрывать его частички, которые смываются в виде эмульсии скопление мелких частиц жира, взвешенных в воде. Один конец молекулы мыла имеет сродство к воде вследствие химического или электрического притяжения[76], а другой конец инертен к воде, но легко присоединяется к жиру. В то время как «жирные» концы образуют облако вокруг частиц жира, «водяные» концы выступают наружу и притягивают воду. Современные синтетические мыла или стиральные порошки обычно облегчают смачивание. Их молекулы действуют как посредники и уменьшают краевой угол.
Эта сила возникает из-за временных изменений электронной оболочки молекулы и приводит к притяжению между молекулами. Водородная связь — другой важный вид межмолекулярных сил, который может быть присутствующим в некоторых жидкостях, включая воду. Водородная связь возникает из-за притяжения между водородным атомом одной молекулы и атомом кислорода, азота или фтора другой молекулы. Различия в межмолекулярных силах разных жидкостей влияют на их способность образовывать пленку на поверхности. Вода, например, имеет особенно высокое поверхностное натяжение, потому что межмолекулярные силы, включая водородные связи, создают сильное притяжение между молекулами. Это приводит к тому, что вода образует сферическую форму на поверхности и обладает поверхностным натяжением.
В других жидкостях межмолекулярные силы могут быть слабее или отличаться по характеру от тех, которые присутствуют в воде. Это может привести к различиям в их поверхностном натяжении и способности образовывать пленку на поверхности. Например, нектар и масло имеют меньшее поверхностное натяжение, чем вода, из-за более слабых межмолекулярных сил.
В отличие от молекул в глубине жидкости, молекулы, располагающиеся в пограничном ее слое, окружены другими молекулами этой же жидкости не со всех сторон. В среднем воздействующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул силы межмолекулярного взаимодействия взаимно скомпенсированы. Каждая отдельно взятая молекула в пограничном слое притягивается находящимися внутри жидкости молекулами. При этом, силами, которые оказывают воздействие на такую молекулу жидкости со стороны молекул газа можно пренебречь.
Поверхностные явления
Гипотеза подтверждается, поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости, т. е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости. Иными словами, в зависимости от силы взаимодействия молекул жидкостного раствора зависит значение сила натяжения поверхности. Поверхностное натяжение жидкости: определение в физике. Как определить коэффициент поверхностного натяжения, формула, примеры решения. Поверхностное натяжение жидкости зависит от. Причины поверхностного натяжения. Иными словами, в зависимости от силы взаимодействия молекул жидкостного раствора зависит значение сила натяжения поверхности. Например, у воды поверхностное натяжение выше, чем у многих других жидкостей, из-за сильных водородных связей между молекулами.
Почему зависит поверхностное натяжение от рода жидкости
Чем меньше радиус капли, тем большую роль играет поверхностная энергия по сравнению с потенциальной энергией капли в гравитационном поле Земли и тем ближе форма капель жидкости на опоре к сферической. Поэтому маленькие капельки росы на листьях растений принимают форму, близкую к шарообразной рис. От теории к практике Докажите, что при слиянии нескольких капель воды в одну при неизменной температуре выделяется энергия. Считая форму капель сферической, сравните поверхностную энергию всех мелких капель с поверхностной энергией энергией капли, получившейся при их слиянии. Учтите, что объём шара , а площадь его поверхности Рис. Опустим проволочное кольцо с привязанной к нему нитью в мыльный раствор. Контур кольца, извлечённого из раствора, затянут мыльной плёнкой, а нить в ней размещается случайным образом рис.
Если проколоть плёнку по одну сторону нити, то оставшаяся часть плёнки сократится так, что площадь её поверхности станет минимальной при заданной длине нити рис. Следовательно, на нить со стороны плёнки действуют силы, удерживающие её в натянутом состоянии и стремящиеся сократить свободную поверхность жидкости. Рассмотрим молекулы М1 и М2, находящиеся на поверхности жидкости рис. Эти молекулы взаимодействуют не только с молекулами, находящимися внутри жидкости, но и с молекулами, расположенными на её поверхности в пределах сферы молекулярного действия. Модуль результирующей молекулярных сил притяжения, направленных вдоль поверхности жидкости, действующих на молекулу М1,.
Поверхностное натяжение. Физическая химия. Поверхностное натяжение Поверхностное натяжение видео 3 - Силы межмолекулярного взаимодействия - Химия Коэффициент поверхностного натяжения.
Вода является ярким примером полярной жидкости: у нее есть частично положительно заряженный водород и частично отрицательно заряженный кислород. Это приводит к возникновению внутренних электрических сил, которые удерживают молекулы воды вместе и создают поверхностное натяжение.
Полярные жидкости образуют сильные водородные связи между молекулами на поверхности, что делает их поверхность более устойчивой и способной выдерживать внешние воздействия. Этот факт объясняет, почему вода образует выпуклую форму на поверхности и почему насекомые могут ходить по воде благодаря поверхностному натяжению. С другой стороны, неполярные жидкости, такие как масло или бензин, не обладают дипольным моментом и не образуют сильных водородных связей между молекулами. Из-за этого их поверхностное натяжение будет меньше, чем у полярных жидкостей. Капли неполярных жидкостей имеют выпуклую форму на поверхности и не могут выдерживать внешние воздействия с такой же эффективностью, как водные капли. Полярные жидкости.
Изменение площади, в свою очередь можно определить следующим образом: , — длина подвижной части проволочной рамки. Учитывая это, можно записать, что работа внешней силы равна. Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, которая действует на единицу длины линии, ограничивающей поверхность Проявления сил поверхностного натяжения в природе Итак, мы еще раз убедились в том, что жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь ее поверхности была минимальной. Можно показать, что при заданном объеме площадь поверхности будет минимальной у шара. Таким образом, если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать сферическую форму. Так, например, будет вести себя вода в невесомости рис. Вода в невесомости Рис. Мыльные пузыри Наличием сил поверхностного натяжения также можно объяснить то, почему металлическая иголка «лежит» на поверхности воды рис. Иголка, которую аккуратно положили на поверхность, деформирует ее, увеличивая тем самым площадь этой поверхности. Таким образом, возникает сила поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сил поверхностного натяжения будет направлена вверх, и она скомпенсирует силу тяжести. Иголка на поверхности воды Таким же образом можно объяснить принцип действия пипетки. Капелька, на которую действует сила тяжести, вытягивается вниз, тем самым увеличивая площадь своей поверхности. Естественно, возникают силы поверхностного натяжения, равнодействующая которых противоположна направлению силы тяжести, и которые не дают капельке растягиваться рис. Когда вы нажимаете на резиновый колпачок пипетки, вы тем самым создаете дополнительное давление, которое помогает силе тяжести, и в результате, капля падает вниз.
2.2.3. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения
#ФизикаЖидкостиKhanAcademyВ этом видео мы поговорим о том, почему иголка может свободно плавать на поверхности воды, но тут же утонет, если на неё надавать. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости. (следовательно и от рода жидкости). Иными словами, в зависимости от силы взаимодействия молекул жидкостного раствора зависит значение сила натяжения поверхности. Ответил (1 человек) на Вопрос: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости. Почему у воды поверхностное натяжение больше, чем у других жидкостей? Важно понимать, что поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и может быть сильным или слабым в зависимости от типа взаимодействия между молекулами.
Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
Поверхностное натяжение жидкости является причиной появления капиллярного эффекта. Все описанные явления называют «эффектами поверхностного натяжения» и говорят, что жидкость имеет поверхностное натяжение, подобное натяжению растянутой резиновой оболочки. Знание о зависимости поверхностного натяжения от рода жидкости является важным для множества процессов и приложений. Все описанные явления называют «эффектами поверхностного натяжения» и говорят, что жидкость имеет поверхностное натяжение, подобное натяжению растянутой резиновой оболочки. Для чистых жидкостей поверхностное натяжение зависит от природы жидкости и температуры, а для растворов – от природы растворителя, природы и концентрации растворенного вещества. Поскольку поверхностное натяжение определяется на молекулярном уровне, любое изменение компонентов жидкости, поверхностно-активных веществ, топлива или соединений в жидкости может привести к изменению поверхностного натяжения.
Почему поверхностное натяжение зависит от состава и свойств жидкости
Силы поверхностного натяжения определяют форму и свойства капель жидкости, мыльного пузыря. Эти силы удерживают на поверхности воды стальную иглу и насекомое водомерку, удерживают влагу на поверхности ткани. Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела взаимодействием с молекулами газа или пара можно пренебречь. Если капли воды поместить на поверхность чистого стекла, то они будут растекаться, а если на жирную поверхность, то они примут форму, близкую к форме шара. Если силы взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность твердого тела случай с каплями воды на стекле. Краевой угол — угол между поверхностью твердого тела и касательной к поверхности жидкости в точке соприкосновения. Искривленная поверхность жидкости в узких цилиндрических трубках или около стенок сосуда называется мениском. Поверхность смачивающей жидкости вблизи твердого тела поднимается, и мениск — вогнутый.
У несмачивающей жидкости её поверхность вблизи твердого тела несколько опускается, и мениск — выпуклый. Особенно хорошо наблюдается искривление мениска жидкости в тонких трубках, называемых капиллярами. Если в сосуд с жидкостью опустить капилляр, то жидкость в нем поднимется или опустится на некоторую высоту h. Так как площадь поверхности мениска больше, чем площадь внутреннего сечения трубки, то под действием молекулярных сил искривленная поверхность жидкости стремится выпрямиться и этим создает дополнительное давление pл, которое при смачивании вогнутый мениск направлено от жидкости, а при несмачивании выпуклый мениск — внутрь жидкости. Величина этого давления была определена французским физиком Лапласом, поэтому его называют лапласовским давлением. Зарегистрируйте блог на портале Pandia. Бесплатно для некоммерческих и платно для коммерческих проектов.
Регистрация, тестовый период 14 дней. Условия и подробности в письме после регистрации. Лапласовское давление — дополнительное давление, которое создается искривленной поверхностью жидкости. При смачивании вогнутый мениск оно направлено от жидкости, а при несмачивании выпуклый мениск — внутрь жидкости. Для сферической формы свободной поверхности жидкости с радиусом R лапласовское довление выражается формулой Капиллярными явлениями называют подъем или опускание жидкости в трубках малого диаметра — капиллярах. Смачивающие жидкости поднимаются по капиллярам, несмачивающие — опускаются. Подъем смачивающей жидкости в капилляре.
Верхний конец капилляра открыт.
Температуры кипения различных жидкостей сильно отличаются, между собой и это находит широкое применение в технике, например, при разгонке нефтепродуктов. Количество тепла, которое необходимо подвести, для того чтобы изотермически превратить в пар определенное количество жидкости, при внешнем давлении, равном давлению ее насыщенных паров, называется скрытой теплотой парообразования. Обычно эту величину соотносят к одному грамму, или одному молю. Количество теплоты, необходимое для изотермического испарения моля жидкости называется молярной скрытой теплотой парообразования. Если эту величину поделить на молекулярный вес, то получится удельная скрытая теплота парообразования. Поверхностное натяжение жидкости Свойство жидкости сокращать свою поверхность до минимума называется поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение — явление молекулярного давления на жидкость, вызванное притяжением молекул поверхностного слоя к молекулам внутри жидкости. На поверхности жидкости молекулы испытывают действие сил, которые не являются симметричными. На находящуюся внутри жидкости молекулу со стороны соседей в среднем равномерно со всех сторон действует сила притяжения, сцепления.
Если поверхность жидкости увеличивать, то молекулы будут двигаться против действия удерживающих сил. Таким образом, сила, стремящаяся сократить поверхность жидкости, действует в противоположном направлении внешней растягивающей поверхность силе. Эта сила называется силой поверхностного натяжения и вычисляется по формуле: - коэффициент поверхностного натяжения - длина границы поверхности жидкости Обратим внимание, что у легко испаряющихся жидкостей эфира, спирта поверхностное натяжение меньше, чем у жидкостей нелетучих у ртути. Очень мало поверхностное натяжение у жидкого водорода и, особенно, у жидкого гелия. У жидких металлов поверхностное натяжение, наоборот, очень велико. Различие в поверхностном натяжении жидкостей объясняется различием в силах сцепления у разных молекул. Измерения поверхностного натяжения жидкости показывают, что поверхностное натяжение зависит не только от природы жидкости, но и от его температуры: с повышением температуры различие в плотностях жидкости уменьшаются, в связи с этим уменьшается и коэффициент поверхностного натяжения -. Благодаря поверхностному натяжению любой объем жидкости стремится уменьшить площадь поверхности, уменьшая таким образом и потенциальную энергию. Поверхностное натяжение — одна из упругих сил, ответственных за движение ряби на воде. В выпуклостях поверхностное тяготение и поверхностное натяжение тянут частицы воды вниз, стремясь сделать поверхность снова гладкой.
Жидкостные пленки Все знают, как легко получить пену из мыльной воды. Пена — это множества пузырьков воздуха, ограниченных тончайшей пленкой из жидкости. Из жидкости, образующей пену, легко можно получить и отдельную пленку. Эти пленки очень интересны. Они могут быть чрезвычайно тонки: в наиболее тонких частях их толщина не превосходит стотысячной доли миллиметра. Несмотря на свою тонкость, они иногда очень устойчивы. Мыльную пленку можно растягивать и деформировать, сквозь мыльную пленку может протекать струя воды, не разрушая ее. Чем же объяснить устойчивость пленок? Непременным условием образования пленки является прибавление к чистой жидкости растворяющихся в ней веществ, притом таких, которые сильно понижают поверхностное натяжение В природе и технике мы обычно встречаемся не с отдельными пленками, а с собранием пленок — пеной. Часто можно видеть в ручьях, там, где небольшие струйки падают в спокойную воду, обильное образование пены.
В этом случае способность воды пениться связана с наличием в воде особого органического вещества, выделяющегося из корней растений. В строительной технике используют материалы, имеющие ячеистую структуру, вроде пены. Такие материалы дешевы, легки, плохо проводят теплоту и звуки и достаточно прочны. Для их изготовления добавляют в растворы, из которых образуются стройматериалы, вещества, способствующие пенообразованию. Смачивание Небольшие капельки ртути, помещенные на стеклянную пластинку, принимают шарообразную форму. Это является результатом действия молекулярных сил, стремящихся уменьшить поверхность жидкости. Ртуть, помещенная на поверхность твердого тела, не всегда образует круглые капли. Она растекается по цинковой пластинке, причем общая поверхность капельки, несомненно, увеличится. Капля анилина имеет шарообразную форму тоже только тогда, когда она не касается стенки стеклянного сосуда. Стоит ей коснуться стенки, как она тотчас прилипает к стеклу, растягиваясь по нему и приобретая большую общую поверхность.
Это объясняется тем, что в случае соприкосновения с твердым телом силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела начинают играть существенную роль. Поведение жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами жидкости или сцепление молекулы жидкости с молекулой твердого тела. В случае ртути и стекла силы сцепления между молекулами ртути и стекла малы по сравнению с силами сцепления между молекулами ртути, и ртуть собирается в каплю. Такая жидкость называется не смачивающей твердое тело. В случае же ртути и цинка силы сцепления между молекулами жидкости и твердого тела превосходят силы сцепления, действующие между молекулами жидкости, и жидкость растекается по твердому телу. В этом случае жидкость называется смачивающей твердое тело. Отсюда следует, что, говоря о поверхности жидкости, надо иметь в виду не только поверхность, где жидкость граничит с воздухом, но также и поверхность, граничащую с другими жидкостями и ли с твердым телом. В зависимости от того, смачивает ли жидкость стенки сосуда или не смачивает, форма поверхности жидкости у места соприкосновения с твердой стенкой и газом имеет тот или иной вид. В случае несмачивания форма поверхности жидкости у края круглая, выпуклая. В случае смачивания жидкость у края принимает вогнутую форму.
Растворенные вещества изменяют поверхностное натяжение воды. Одни из них значительно понижают поверхностное натяжение. Такие вещества называются поверхностно-активными ПАВ. По отношению к воде поверхностно-активными являются органические вещества с меньшим, чем у воды поверхностным натяжением: спирты, эфиры, углеводороды и их производные, нефть, мыло, синтетические моющие средства и др. Лэнгмюр и Гаркинс независимо друг от друга показали, что поверхностная активность определяется химическим строением их молекул. Такие молекулы отличаются несимметричным строением, они полярны и дифильны, то есть состоят из неполярной инактивной и полярной активной частей.
Неполярная часть молекулы ПАВ чаще всего состоит из остатка насыщенного углеводорода алкила , содержащего до 20 атомов углерода. Полярная часть молекулы — это радикал или группа атомов с ненасыщенными химическими валентностями. Эти сильно полярные группы, создавая силовое поле, проявляют сродство к полярной фазе, а неактивная углеводородная цепь выталкивается из нее, обращаясь к менее полярной фазе, причем оси молекул ПАВ стремятся ориентироваться перпендикулярно к поверхности раздела. При насыщении слоя образуется мономолекулярный слой молекул толщиной в одну молекулу. Чем длиннее молекула, тем сильнее она ориентируется.
Смачивание — явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют смачивающей; если силы притяжения жидкости и твердого тела меньше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют несмачивающей это тело. Одна и та же жидкость может быть смачивающей и несмачивающей по отношению к разным телам. Так, вода смачивает стекло и не смачивает жирную поверхность, ртуть не смачивает стекло, а смачивает медь. Смачивание или несмачивание жидкостью стенок сосуда, в котором она находится, влияет на форму свободной поверхности жидкости в сосуде. Если большое количество жидкости налито в сосуд, то форма ее поверхности определяется силой тяжести, которая обеспечивает плоскую и горизонтальную поверхность. Однако у самых стенок явление смачивания и несмачивания приводят к искривлению поверхности жидкости, так называемые краевые эффекты. Внутри краевого угла всегда находится жидкость рис. При смачивании он будет острым рис. В случае вогнутой поверхности результирующая сила направлена, наоборот, в сторону газа, граничащего с жидкостью рис. Если смачивающая жидкость находится на открытой поверхности твердого тела рис. Если на открытой поверхности твердого тела находится несмачивающая жидкость, то она принимает форму, близкую к шаровой рис. Хорошее смачивание необходимо при крашении, стирке, обработке фотоматериалов, нанесении лакокрасочных покрытий, при склеивании материалов, при пайке, во флотационных процессах обогащение руд ценной породой. И наоборот, при сооружении гидроизоляционных устройств необходимы материалы, не смачиваемые водой. Капиллярные явления Искривление поверхности жидкости у краев сосуда особенно отчетливо видно в узких трубках, где искривляется вся свободная поверхность жидкости.
Почему поверхностное натяжение зависит от состава и свойств жидкости
Все описанные явления называют «эффектами поверхностного натяжения» и говорят, что жидкость имеет поверхностное натяжение, подобное натяжению растянутой резиновой оболочки. Поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение жидкости является причиной появления капиллярного эффекта. Поверхностное натяжение жидкости определяется силами межмолекулярного взаимодействия, поэтому оно зависит. Значение коэффициента поверхностного натяжения зависит от вида жидкости и ее температуры, то есть с увеличением температуры жидкости коэффициент его поверхностного натяжения уменьшается и при критической температуре равен нулю. Как зависит поверхностное натяжение жидкости от полярности еѐ молекул?