Проанализировав зависимость поверхностного натяжения жидкости от ее температуры, приходим к выводу, что поверхностное натяжение уменьшается с ростом температуры (с увеличением скорости движения молекул). Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). Например, у воды поверхностное натяжение выше, чем у многих других жидкостей, из-за сильных водородных связей между молекулами. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Поверхностное натяжение.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Это имеет место в двух случаях. В этом случае жидкость неограниченно растекается по поверхности твердого тела — имеет место полное смачивание. Замена поверхности твердое тело — газ двумя поверхностями, твердое тело — жидкость и жидкость — газ, оказывается энергетически выгодной. При полном смачивании краевой угол равен нулю. Замена поверхности твердое тело — жидкость двумя поверхностями, твердое тело — газ и жидкость — газ, оказывается энергетически выгодной.
В этом случае имеет место частичное смачивание. В этом случае имеет место частичное несмачивание. Частичное смачивание и частичное несмачивание Понравилась статья?
Взял лоток с водой, аккуратно на поверхность воды положил бумажную модель лодки. Во внутреннее отверстие капаем жидкое мыло с помощью пипетки.
Жидкое мыло стремится вырваться наружу через узкий канал. А лодка при этом движется вперед. Повторил опыты, заменяя жидкое мыло средством для мытья посуды и маслом. Мы видим, чем больше скорость больше расстояние пройденное лодкой , тем больше способность раствора уменьшать поверхностное натяжение. Гипотеза подтверждается, поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости, т.
Опыт 4. Ну и наконец, я проверил, зависит ли поверхностное натяжение жидкости от температуры. Так же взял лоток с водой, на поверхность воды положил бумажную модель лодки, во внутреннее отверстие капнул жидкое мыло с помощью пипетки. Жидкое мыло так же стремится вырваться наружу через узкий канал. Это связано с силой поверхностного натяжения жидкого мыла.
А лодка при этом устремится вперед. Повторил опыт, изменяя температуру. Мы видим, что с увеличением температуры скорость движения лодки уменьшается меньше расстояние, пройденное лодкой. Уменьшается поверхностное натяжение воды. В результате, данная гипотеза не подтвердилась: поверхностное натяжение жидкости зависит от температуры жидкости.
Таким образом, в результате опытов, подтвердились гипотезы: 1 - Жидкости обладают поверхностным натяжением.
Целью моей научно-практической работы стало: Исследовать свойство поверхностного натяжения воды. Мои задачи: - Понять, что такое поверхностное натяжение воды; - Определить поверхностное натяжение воды с помощью опытов; - Узнать, может ли изменяться поверхностное натяжение воды. В работе были выдвинуты следующие гипотезы: Гипотеза 1. Жидкости обладают поверхностным натяжением.
Гипотеза 2. Поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости. Гипотеза 3. Поверхностное натяжение жидкости не зависит от температуры. Из теории я узнал, что молекулы воды испытывают силы взаимного притяжения.
Именно благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. На молекулы внутри воды силы притяжения других молекул действуют со всех сторон, а молекулы на поверхности воды не имеют соседей снаружи, и их сила притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. Поверхностный слой находится в натяжении, которое называется поверхностным. Благодаря этому натяжению поверхность жидкости ведет себя подобно упругой пленке.
Для того, чтобы разорвать поверхность воды, требуется усилие, причем, как это ни странно, довольно значительное. Я решил определить существование поверхностного натяжения с помощью опытов. Водяная горка. Я взял стакан, наполнил его водой до краев и стал добавлять воду пипеткой по капельке.
Для этого породу, содержащую металлическую руду, размалывают, а затем полученную пыль размешивают в чане с водой. В воду добавляют соответствующее вещество, которое покрывает частички руды, делает их несмачиваемыми и позволяет им легко «плавать»[80], тогда как бесполезный песок намокает и опускается на дно в виде грязи, которую затем удаляют. Поверхность соприкосновения воды с открытым воздухом слишком мала, чтобы на ней могли собраться все несмачиваемые водой частицы руды, поэтому через взвесь продувают пузырьки воздуха, которые создают пену и поднимают руду кверху, где ее и собирают. Такая схема «пенной флотации» отнюдь не бесполезная игрушка. Этот процесс успешно применяется в горной промышленности, и с его помощью разделяют миллионы тонн руды в день.
Подбор веществ, которые будут охватывать руду защитной оболочкой и не будут защищать песок, требует от химиков большого искусства. Более того, некоторые вещества даже отделяют в смешанных рудах один металл от другого; для этого требуется еще более тонкая химия. Сейчас пенная флотация находит много новых применений, например отделение грибка спорыньи от спелого зерна, сортировка гороха для консервирования, улавливание потерянных частичек каучука, но основное ее применение — это разделение свинца, цинка, серебра и т. Амебы и поверхностное натяжение Каким образом мелкие простейшие организмы, живущие в воде, передвигаются и находят пищу? Некоторое представление об этом можно получить с помощью грубых химических моделей, вроде движущейся зигзагами «лодки» из камфары или искусственной ртутной «амебы» фиг. На небольшую лужицу ртути на часовом стекле в блюдце наливают разбавленную азотную кислоту. Около ртути помещают кристалл бихромата калия. Ртуть начинает двигаться подобно амебе; ее перемещения вызваны изменениями поверхностного натяжения вследствие химических или электрических эффектов. Настоящая амеба тоже образует такие неправильные выступы и впадины, возможно также используя изменения поверхностного натяжения.
Здесь приведены некоторые красивые опыты, демонстрирующие изменения поверхностного натяжения. Опыт 16. Швейную иглу или тонкий листочек металла можно заставить плавать в блюдце с водой. Если поверхностное натяжение уменьшить, предмет потонет. Попробуйте добавить к воде спирт или мыло. Опыт 17. Посыпьте поверхность чистой воды несмачиваемым порошком сажей, тальком или ликоподием. По движению порошка можно обнаружить ослабление поверхностного натяжения. Если на поверхность нанести капли спирта, порошок разбежится в стороны фиг.
Капли спирта падают на воду, которая посыпана порошком. Обычное объяснение таково: спирт образует слабую оболочку, и порошок растаскивается в стороны прочной оболочкой чистой воды. Но иногда предпочитают говорить, что молекулы спирта, растекаясь, создают «поверхностное давление» и расталкивают порошок. Хотя эти взгляды различны, любой из них полезен для объяснения опытов. Опыт 18. На посыпанную порошком чистую поверхность воды нанесите оливковое масло. Его требуется так мало, что достаточно погрузить в масло спичку и затем вытереть ее насухо. Даже палец, потертый о волосы, соберет достаточное количество природного жира. В предыдущем опыте после действии спирта поверхность восстанавливается, но влияние жира остается, поэтому этот опыт требует очень чистых, свободных от жира приспособлений.
Мыло и слюна действуют подобно спирту. Личинки москитов живут в прудах и просовывают наружу расположенные в хвосте дыхательные трубки. Масло, нанесенное на поверхность, проникает в эти трубки и убивает личинку. Прежнее объяснение, согласно которому масло настолько ослабляет поверхностную пленку, что личинки не могут висеть на ней и дышать, следует отбросить. Опыт 19. Небольшая капля масла, помещенная в большое блюдо со слегка припудренной чистой водой, очень быстро растекается в большое круглое пятно, которое потом сохраняет свои размеры. Так ведут себя растительные масла; они являются «жирными кислотами», и у них один конец, кислотный, имеет сродство к воде: Молекулы минерального масла, у которых инертны оба конца, видимому, располагаются по поверхности воды и движутся подобно двумерному газу, растекаясь случайным образом. Кажется, что пленка масла сверху «давит» на поверхность раздела. Такое объяснение представляется более правильным, чем «ослабление поверхностного натяжения воды».
Сейчас это внешнее давление измеряют с помощью точных весов, которые взвешивают давление пленки масла на подвижную перекладину. Применение длинных молекул масла Смазывание. При смазывании высокоскоростных подшипников молекулы растительного масла присоединяются к металлу металл вытесняет водород из кислотного конца молекулы масла , и масло образует мономолекулярные бархатистые «ковры», инертные внешние слои которых удобно скользят друг по другу. К смазке добавляют также минеральные масла, чтобы между этими «коврами» получить инертные масляные «ролики». При крайне небрежном обращении с металла сдираются даже бархатистые монослои; тогда движущиеся металлические детали с большой силой прилипают друг к другу «схватываются» , и это чревато неприятными последствиями. Ланолиновый жир пристает к коже и проникает в нее, перенося с собой необходимые медикаменты, тогда как инертные минеральные масла беспорядочно распределяются на коже в виде жирных комков; поэтому избегайте мазей, изготовленных не на ланолине, а на минеральных маслах. К коже пристают и молекулы хорошей ваксы, а парафин разновидность минерального масла с более длинной цепью образует беспорядочные пятна[81]. Полировка обуви щеткой облегчает прилипание и распределяет молекулы по поверхности более равномерно. Укрощение штормов в море.
Укрощение бурных морей с помощью масла — отнюдь не сказка. Достаточно вылить за борт совсем немного подходящего масла, чтобы оно распространилось по большой поверхности. Ветер пытается создать большие волны, раскачивая небольшую рябь, масло сдувается в лужи неправильной формы, и различие поверхностного натяжения помешает действию ветра, создав своего рода поверхностное трение. Поэтому в таком месте образуется меньше больших волн. А волны, приходящие издалека, не смогут по крайней мере создать разрушительных гребней. Поверхностное натяжение играет важную роль при образовании вспененных гребней, и масло может помешать их образованию. Как изменится поверхностное натяжение при повышении температуры? Попробуйте нагреть припудренную поверхность воды, поднося к ней раскаленную докрасна кочергу. Опыт 21.
Распылите по чистой воде камфару. Каждая частица совершает беспорядочные движения. Это происходит потому, что камфара медленно растворяется в воде, ослабляя поверхностную оболочку. Каждую частицу вперед тянет чистая вода, а назад — слабее вода с камфарой, поэтому частица плывет вперед, подобно лодке, крутясь и поворачиваясь из-за своей неправильной формы. Попробуйте добавить еще немного масла. Движение камфары сразу прекратится. Не правда ли, это красивый несложный опыт, немного похожий на детскую забаву? Однако эта забава играет важную роль в одном из великих экспериментов атомной физики — в измерении размеров молекулы. Размер молекулы Шестьдесят лет назад лорд Рэлей наблюдал за растеканием масла по воде.
В то время, когда ученые строили различные предположения о размерах молекул, он догадался, что самый тонкий слой масла, который может полностью покрыть водную поверхность, будет иметь толщину как раз в одну молекулу, и решил определить эту толщину. Рэлей представил себе растекание капли масла как хаотическое движение молекул, карабкающихся друг на друга и сваливающихся назад, пока каждая не достигнет поверхности воды и не сможет прицепиться к воде эти масла состоят из молекул с длинной цепью, на одном конце которых находится химическая группа, имеющая сродство к воде. Как только все молекулы масла расположатся таким способом, они будут держаться в виде мономолекулярного покрова и перестанут стремиться к дальнейшему растеканию фиг. Масло на воде. Капля масла, нанесенная на чистую поверхность воды, растекается и покрывает ее слоем толщиной в одну молекулу. Молекулы масла, вероятно, стоят «дыбом» подобно ворсу на ковре. Если масла как раз достаточно для данной поверхности воды, слой будет иметь толщину в одну молекулу, и все молекулы будут плотно упакованы по вертикали, подобно ворсинкам бархата. При меньшем количестве масла останутся участки открытой воды. Если масла будет …???
Лорд Рэлей вымыл и заполнил водой круглый большой таз, имевший 82 см в поперечнике. На поверхность воды он поместил взвешенную каплю масла и наблюдал, как оно растекается и закрывает всю поверхность. Затем он опять взял чистую воду и каплю меньшего размера, затем еще меньшую, пока не дошел до такой капли, которая уже не могла полностью закрыть всю поверхность. Как же он обнаружил, что закрыта не вся поверхность? Если перед опытом распылить на поверхности порошок, можно изменить свойства поверхности. Поэтому Рэлей после масла распылял камфару помните детскую забаву? Пока поверхность воды была полностью покрыта маслом, камфара не находила чистой воды, по которой она могла бы танцевать, но когда капля масла была мала, на поверхности открывались участки чистой воды. Условия приведенной ниже задачи 5 следуют за ходом вычислений Рэлея. Используя результаты его измерений, определите размеры молекул масла.
Задача 5. Измерение размеров молекулы Рэлей наносил каплю оливкового масла на чистую воду в большом сосуде. Для простоты примем, что сосуд был прямоугольным с размером зеркала воды 0,55 м х 1,00 м это даст ту же площадь, что и в круглом тазу, взятом Рэлеем. Предположим, что плотность остается такой же и в очень тонкой пленке. Помните, что поскольку масло менее плотно, чем вода, его объем должен быть больше объема той же массы воды. Поверим химикам, что это масло имеет «длинные» молекулы, один конец которых сильно притягивается водой. Какой вывод можно сделать из вопроса а относительно размеров молекул? Длина молекул очень мала; чтобы образовать линию в 1 см их требуются миллионы. В те времена, когда Рэлей производил свои измерения, ученые делали грубые, поспешные предположения о размере и массе молекул; их косвенные догадки основывались на трении в газах, на рассеянии солнечного света в небе молекулами и на некоторых сомнительных электрических аргументах.
Здесь же был поразительно простой эксперимент и, вероятно, надежный. С тех пор метод был улучшен и обобщен многими, особенно Ленгмюром в США. Оливковое масло, которое применял Рэлей, было неопределенной смесью маслянистых веществ. Позднейшие исследователи применяли чистые химические соединения, часто используя несколько членов «гомологического ряда» или, иначе, химической семьи. Например, Ленгмюр применял «жирные кислоты». Их получают из природных жиров и масел, и они дают мыло, соединяясь с натрием или калием. Они имеют длинные молекулы с одним инертным, а другим «кислым» концом, который притягивается водой. Существует целый ряд таких соединений, причем молекула каждого представителя этого ряда больше своего предшественника на один атом углерода и два атома водорода. Очень давно химики изобразили молекулы различных членов этих рядов структурными формулами, подобными трем приведенным на стр.
Это были лишь догадки, основанные на химических данных, но они наводили на мысль о длинных цепных молекулах, удлиняющихся на группу СН3 при переходе от одного члена семьи к другому. Задача 6 основана на усовершенствовании метода Рэлея, осуществленном Ленгмюром, Адамом и другими. Задача 6. Точное измерение размеров молекул Адам использовал прямоугольную ванну шириной 0,14 м и длиной 0,5 м. Ванна была наполнена водой до краев; исследуемая область ограничивалась положенными сверху на расстоянии около 0,4 м друг от друга брусками А и В фиг. Упрощенный рисунок прибора Адама. Пленка масла ограничена брусками А и В. Брусок В был подвижен; он свободно плавал по воде и был соединен с измерительным устройством, которое имело пружину или грузик и позволяло обнаружить любое горизонтальное смещение бруска, а также предотвращало его случайные движения. Брусок А клали поперек ванны, он имел выступающие края и его можно было перемещать рукой.
Ванну и бруски покрывали воском, чтобы уровень воды мог подниматься немного выше краев, так что бруски А и В отсекали центральную часть поверхности. Располагая сначала брусок А далеко от бруска В, Адам помещал на водную поверхность между брусками небольшое измеренное количество пальмитиновой кислоты. Брусок В не смещался. Затем передвигался брусок А, собирая пленку масла на все меньшей и меньшей площади, пока вдруг брусок В не испытывал заметного толчка; это позволяло думать, что молекулы вобрались в сплошной слой. В реальных экспериментах толкающее усилие не возрастало абсолютно резко от нуля до полного значения. Оно появлялось при определенной величине поверхности и быстро росло при дальнейшем перемещении, достигая постоянной величины, после которой дальнейшее сближение, вероятно, заставляло «слой» изгибаться. По графику легко было найти момент, в который появляется значительное усилие. Для нанесения жирных кислот на поверхность вода Адам растворял их в бензоле и наносил несколько капель раствора. Бензол быстро испарялся.
Вот типичные результаты измерений это не подлинные данные Адама, но они основаны на его записях : Бензольный раствор. Состав: 4 г пальмитиновой кислоты растворены в 996 г бензола. Следовательно, каждый килограмм раствора содержит 0,004 кг пальмитиновой кислоты. Размер капель. В сосуд капают 100 капель раствора и сосуд взвешивают. Масса 100 капель раствора равна 0,33 г, или 0,00033 кг. Основной опыт. На воду наносят 5 капель раствора.
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
Между жидкостью и газом или паром образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Молекулы в пограничном слое жидкости, в отличие от молекул в ее глубине, окружены другими молекулами той же жидкости не со всех сторон. Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем взаимно скомпенсированы. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости силами, действующими на данную молекулу жидкости со стороны молекул газа или пара можно пренебречь. В результате появляется некоторая равнодействующая сила, направленная вглубь жидкости. Если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу:. Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией.
Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Значит жидкость должна самопроизвольно переходить в такое состояние, при котором площадь её свободной поверхности имеет наименьшую величину. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. Поскольку при одном и том же объеме наименьшая площадь поверхности у шара, то жидкость в состоянии невесомости принимает форму шара. 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.
Силы, действующие в горизонтальной плоскости и стягивающие поверхность жидкости, называют силами поверхностного натяжения. Наличие сил поверхностного натяжения делает поверхность жидкости похожей на упругую растянутую пленку, с той только разницей, что упругие силы в пленке зависят от площади ее поверхности то есть от того, как пленка деформирована , а силы поверхностного натяжения не зависят от площади поверхности жидкости. Некоторые жидкости, как, например, мыльная вода, обладают способностью образовывать тонкие пленки. Всем хорошо известные мыльные пузыри имеют правильную сферическую форму — в этом тоже проявляется действие сил поверхностного натяжения. Если в мыльный раствор опустить проволочную рамку, одна из сторон которой подвижна, то вся она затянется пленкой жидкости. Подвижная сторона проволочной рамки в равновесии под действием внешней силы и результирующей сил поверхностного натяжения. Для равновесия подвижной стороны рамки к ней нужно приложить внешнюю силу.
Открыть мини-сайт на портале Pandia для ведения проекта.
В любом жидком веществе молекулы находятся в постоянном случайном движении и постоянно перестраиваются. Посреди жидкости все молекулы притягиваются другими молекулами во всех направлениях. Однако на поверхности, где над жидкостью находится только воздух, молекулы притягиваются только сбоку и вниз молекулами, расположенными рядом и под ними, соответственно. Это нисходящее притяжение молекул поверхностного уровня заставляет их плотнее притягиваться друг к другу, сжимаясь в более устойчивое, выровненное расположение. Этот более плотный ряд поверхностных молекул образует нечто вроде упругой мембраны на поверхности жидкости. Молекулы расположены более плотно и плавно выстроены рядом друг с другом, в отличие от более хаотических молекулярных схем ниже. Прочность этой «эластичной мембраны» зависит от типа жидкости.
Вода, например, имеет очень высокое поверхностное натяжение, потому что кислород и водород - два химических компонента воды H2O - имеют частичные отрицательные и положительные заряды, соответственно, и, таким образом, притягиваются ко всем другим молекулам воды, окружающим их.
Различные жидкости имеют разные типы молекулярных взаимодействий между собой и с окружающей средой, таких как ван-дер-ваальсовы силы, диполь-дипольное взаимодействие и водородные связи. Эти силы определяют, насколько тесно молекулы жидкости связаны между собой на поверхности, что влияет на её поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение Свойства поверхностного слоя жидкости.
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. Они проникают в любую щель между жиром и тарелкой, облегчая попадание туда воды.
Вообразим себя в роли физиков-судомоек, которые приходят к группе химиков и говорят: «Пожалуйста, разработайте и пустите в производство вещество, которое было бы пригодно в качестве моющего средства. Производство этого средства должно быть недорогим». Современные химики-органики ответят: «Это легко сделать». Чтобы прицепиться к воску или к жиру, молекулы должны иметь длинную углеводородную цепь, подобную следующей[77]»: но не слишком длинную, иначе она не будет растворяться в воде. Воски и жиры имеют аналогичную цепную структуру, и они должны притягивать такие цепи. Затем это вещество на одном из концов должно иметь нечто обладающее сродством к воде, например атом натрия. Такого рода молекулы были сконструированы и изготовлены, и сейчас мы покупаем их в больших количествах в хозяйственных магазинах.
Ниже приведены примеры обычного мыла и синтетического стирального порошка подобной структуры[78]. К числу таких веществ относится также применяемый в фотографии и исследовательской работе аэрозоль. На покрытое воском стекло наносят каплю чистой воды фиг. Концом спички добавляют раствор моющего средства и следят за изменением краевого угла. Действие смачивающего агента. Длинные молекулы показаны линией с точкой, которая обозначает группу, имеющую сродство к воде. Молекулы смачивающего агента аэрозоля показаны не в масштабе, а увеличены во много раз.
Опыт 14.
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
тем большая сила поверхносного натяжения. Потому что поверхностное натяжение зависит от межмолекулярных взаимодействий жидкости, а оно у всех жидкостей отличается. #ФизикаЖидкостиKhanAcademyВ этом видео мы поговорим о том, почему иголка может свободно плавать на поверхности воды, но тут же утонет, если на неё надавать.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости: удивительные свойства поверхностного слоя
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?
А потому, что, опустив по сути дела вопрос о минерализации воды, Фланаган в итоге предлагает понижать поверхностное натяжение не обычной водопроводной воды, которой большинство людей пользуется, а только дистиллированной. Поэтому я считаю, что Фланаган не совсем логично заявляет, что позитивный биологический эффект дает вода, имеющая только одно качество - низкое поверхностное натяжение. Следует учитывать и второе явное качество предлагаемой им воды - отсутствие в ней ионов кальция. Здесь уместно будет заметить, что вся грандиозная система Гималаев сложена из магматических пород, в которых практически нет кальция, а поэтому и все воды с этих гор являются мягкими и благоприятными для здоровья человека.
Точно так же и Тибетское нагорье составляют магматические породы, и в Тибете вода всегда была мягкая, а поэтому и так называемую высокоэффективную тибетскую медицину надо воспринимать через призму благодатной природной воды этих мест. Но стоит перенести методы этой медицины на нашу жесткую воду и результаты станут не столь впечатляющими. Из всего сказанного мы можем сделать по крайней мере два вывода, что качество питьевой воды в первую очередь зависит от ее химического состава и об этом никогда не следует забывать, как бы нас ни убаюкивали всевозможными околоводными прилагательными, вроде родниковой, экологически чистой, кристально чистой, небесной или просто минеральной. А второй вывод заключается в том, что вода обладает непомерно большим поверхностным натяжением и это в общем неблагоприятно сказывается на нашем здоровье, а поэтому следует по возможности понижать его, а точнее - следует уменьшать число водородных связей в воде.
Но чем благоприятно для организма человека уменьшение числа водородных связей в воде или ослабление этих связей? Я боюсь, что уже утомил читателей этой главой, а поэтому хочу побыстрее ее закончить.
Но она не опьяняет человека, а дает огромный прилив сил — замечает исследователь. То, что в такой воде можно стирать без мыла, легко понять — мыло снижает поверхностное натяжение воды, а в указанном выше случае поверхностное натяжение значительно снижается не с помощью мыла, а с помощью каких-то иных веществ. Ну и что с того — для стирки ведь важен сам фактор снижения поверхностного натяжения. Объяснение, на мой взгляд, самое простое. Такое быстрое действие алкогольных напитков объясняется очень быстрым проникновением их в кровь благодаря низкому поверхностному натяжению, а точнее — благодаря ослабленным водородным связям в этих жидкостях. Старик приобретает прыткость молодого.
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? А потому, что, опустив по сути дела вопрос о минерализации воды, Фланаган в итоге предлагает понижать поверхностное натяжение не обычной водопроводной воды, которой большинство людей пользуется, а только дистиллированной.
Поэтому я считаю, что Фланаган не совсем логично заявляет, что позитивный биологический эффект дает вода, имеющая только одно качество — низкое поверхностное натяжение. Следует учитывать и второе явное качество предлагаемой им воды — отсутствие в ней ионов кальция. Здесь уместно будет заметить, что вся грандиозная система Гималаев сложена из магматических пород, в которых практически нет кальция, а поэтому и все воды с этих гор являются мягкими и благоприятными для здоровья человека.
Понимание этого явления имеет значительное значение для различных приложений, например, в сельском хозяйстве, медицине и технологии пищевых продуктов. Различия в межмолекулярных силах разных жидкостей Поверхностное натяжение воды и других жидкостей зависит от рода жидкости из-за различий в их межмолекулярных силах. Межмолекулярные силы возникают из-за взаимодействия молекул вещества и влияют на его физические свойства, включая поверхностное натяжение. Существуют несколько видов межмолекулярных сил, которые могут присутствовать в разных жидкостях. Одним из наиболее распространенных видов межмолекулярных сил является ван-дер-ваальсова сила. 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.
Посреди жидкости все молекулы притягиваются другими молекулами во всех направлениях. Однако на поверхности, где над жидкостью находится только воздух, молекулы притягиваются только сбоку и вниз молекулами, расположенными рядом и под ними, соответственно. Это нисходящее притяжение молекул поверхностного уровня заставляет их плотнее притягиваться друг к другу, сжимаясь в более устойчивое, выровненное расположение. Этот более плотный ряд поверхностных молекул образует нечто вроде упругой мембраны на поверхности жидкости. Молекулы расположены более плотно и плавно выстроены рядом друг с другом, в отличие от более хаотических молекулярных схем ниже. Прочность этой «эластичной мембраны» зависит от типа жидкости. Вода, например, имеет очень высокое поверхностное натяжение, потому что кислород и водород - два химических компонента воды H2O - имеют частичные отрицательные и положительные заряды, соответственно, и, таким образом, притягиваются ко всем другим молекулам воды, окружающим их. Водородные связи, как известно, прочны, поэтому вода имеет тенденцию удерживаться на поверхности даже лучше, чем другие жидкости, образуя щит, который может быть на удивление трудно сломать.
Почему поверхностное натяжение зависит от состава и свойств жидкости
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости в силу межмолекулярных взаимодействий. Температурная зависимость поверхностного натяжения между жидкой и паровой фазами чистой воды Температурная зависимость поверхностного натяжения бензола Поверхностное натяжение зависит от температуры. Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Поверхностное натяжение это физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения F, приложенной к границе поверхностного слоя жидкости и направленной по касательной к поверхности, к длине L этой границы. Поверхностное натяжение это физическая величина, равная отношению силы поверхностного натяжения F, приложенной к границе поверхностного слоя жидкости и направленной по касательной к поверхности, к длине L этой границы. Поверхностное натяжение жидкости зависит от её рода из-за молекулярных сил, действующих на поверхности жидкости.
Вода с низким поверхностным натяжением
На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги. Консультацию по вопросам и домашним заданиям может получить любой школьник или студент. Почему поверхностное натяжение зависит от рода воды?
Наша доска вопросов и ответов в первую очередь ориентирована на школьников и студентов из России и стран СНГ, а также носителей русского языка в других странах. Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык. На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги.
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.
Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и от ее температуры : с повышением температуры оно уменьшается. Так называемые поверхностно-активные вещества мыло, жирные кислоты также уменьшают поверхностное натяжение. Для экспериментального определения значения поверхностного натяжения жидкости можно использовать процесс образования и отрыва капель, вытекающих из капельницы. Пока капля мала, она не отрывается, ее удерживают силы поверхностного натяжения. Отрыв капли происходит в тот момент, когда ее вес P становится равным равнодействующей сил поверхностного натяжения, действующих вдоль окружности шейки капли. Приближенно диаметр шейки капли принимают равным диаметру трубки капельницы.
Как можно объяснить поверхностное натяжение жидкостей?
Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Чем обусловлено это удивительное явление и почему величина поверхностного натяжения так сильно зависит от природы жидкости? Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д. Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул.
§ 8-1. Поверхностное натяжение
Почему поверхностное натяжение воды зависит от рода жидкости. Иными словами, в зависимости от силы взаимодействия молекул жидкостного раствора зависит значение сила натяжения поверхности. Поверхностное натяжение жидкости зависит от её рода из-за молекулярных сил, действующих на поверхности жидкости. Поверхностное натяжение зависит от свойств молекул жидкости и внешних условий, таких как температура и давление. Получи верный ответ на вопрос Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
Остались вопросы?
Это связано с увеличением средней кинетической энергии молекул и усилением их движения. Более активные молекулы могут преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия и слабее притягиваться друг к другу. В результате, сила на единицу длины на поверхности жидкости уменьшается, что приводит к снижению коэффициента поверхностного натяжения. Выводы Коэффициент поверхностного натяжения зависит от ряда факторов, включая род жидкости, наличие примесей и температуру. Знание этих зависимостей позволяет не только более глубоко понять поведение жидкостей на границе раздела фаз, но и применять их в реальной жизни.
Например, понимание влияния наличия примесей на коэффициент поверхностного натяжения является основой для разработки эффективных моющих средств, а понимание зависимости от температуры помогает в контроле процессов на различных стадиях промышленного производства.
Например, добавление поверхностно-активных веществ, таких как мыло или детергенты, может снизить коэффициент поверхностного натяжения. Это происходит за счет того, что эти вещества изменяют ориентацию молекул и уменьшают силу межмолекулярного взаимодействия. Зависимость от температуры жидкости Температура также оказывает значительное влияние на коэффициент поверхностного натяжения. Обычно с увеличением температуры коэффициент поверхностного натяжения у жидкостей снижается.
Это связано с увеличением средней кинетической энергии молекул и усилением их движения. Более активные молекулы могут преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия и слабее притягиваться друг к другу.
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. Зависимость поверхностного натяжения от условий Поверхностное натяжение определяется в первую очередь природой самой жидкости и того вещества, с которым она граничит обычно воздух или пар. Это связано с различной силой взаимодействия между молекулами. Объясняется это ослаблением сил притяжения между молекулами жидкости. При критической температуре поверхностное натяжение обращается в ноль. Явление поверхностного натяжения играет важную роль в природе, биологии, медицине, различных технологиях.
Различные жидкости имеют разные типы молекулярных взаимодействий между собой и с окружающей средой, таких как ван-дер-ваальсовы силы, диполь-дипольное взаимодействие и водородные связи. Эти силы определяют, насколько тесно молекулы жидкости связаны между собой на поверхности, что влияет на её поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение Свойства поверхностного слоя жидкости.
Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости и от ее температуры. Таким образом, можно сделать вывод, что поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и ее химических свойств. Проанализировав зависимость поверхностного натяжения жидкости от ее температуры, приходим к выводу, что поверхностное натяжение уменьшается с ростом температуры (с увеличением скорости движения молекул).