Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости. (следовательно и от рода жидкости). Поверхностное натяжение – порыв жидкости уменьшить собственную свободную поверхность, то есть сократить избыток потенциальной энергии на границе разъединения с газообразной фазой. По причине воздействия сил поверхностного натяжения на капли жидкости и их действия внутри мыльных пузырей появляется некоторое избыточное давление.
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости?
Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости. (следовательно и от рода жидкости). Поверхностное натяжение жидкости (коэффициент поверхностного натяжения жидкости) – это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и равна отношению поверхностной энергии к площади поверхности жидкости. Правильный ответ здесь, всего на вопрос ответили 1 раз: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости: удивительные свойства поверхностного слоя
Найди верный ответ на вопрос почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости по предмету Физика, а если ответа нет или никто не дал верного ответа, то воспользуйся поиском и попробуй найти ответ среди похожих вопросов. Знание о зависимости поверхностного натяжения от рода жидкости является важным для множества процессов и приложений. Поверхностное натяжение на границе двух жидкостей зависит от полярности. Все описанные явления называют «эффектами поверхностного натяжения» и говорят, что жидкость имеет поверхностное натяжение, подобное натяжению растянутой резиновой оболочки.
Поверхностное натяжение жидкости - формулы и определение с примерами
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. 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.
Ответ подготовленный экспертами Учись. Ru Для того чтобы дать полноценный ответ, был привлечен специалист, который хорошо разбирается требуемой тематике "Физика". Ваш вопрос звучал следующим образом: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
После проведенного совещания с другими специалистами нашего сервиса, мы склонны полагать, что правильный ответ на заданный вами вопрос будет звучать следующим образом: Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. 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.
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.
Когда бензол испаряется остается невидимая нерастворимая поверхностная пленка пальмитиновой кислоты , брусок А двигают по направлению к бруску В. Последний испытывает сильный толчок, когда расстояние между А и В составляет 0,23 м. В этот момент поверхность воды между брусками составляет 0,23 м в длину и 0,14 м в ширину. Задание: предполагая, что пленка пальмитиновой кислоты имеет ту же плотность, с помощью приведенной ниже инструкции определите размеры ее молекул. Даже одна арифметическая ошибка может превратить решение этой задачи в бессмыслицу. Расчет объема взятого масла пальмитиновой кислоты является простой задачей на дроби, подобно расчету рецепта теста для пирога или разбавления соков.
Он требует знания элементарных арифметических правил и уверенности. Чтобы избежать ошибок, лучше производить его по стадиям, например, по количеству раствора 5 капель , нанесенного на воду, рассчитать: а массу нанесенного на воду раствора; б массу пальмитиновой кислоты, содержащейся в этом количестве раствора; в объем, который займет эта масса пальмитиновой кислоты 850 кг занимают 1 м3, следовательно…. Цепная формула изображает молекулу в 19 атомов длиной и только несколько атомов шириной. Трудно догадаться о форме поперечного сечения молекулы; атомы Н должны быть меньше, чем атомы С в цепи.
Ответить Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости из-за различной структуры и взаимодействия молекул вещества. Поверхностное натяжение возникает из-за сил взаимодействия молекул внутри жидкости и на ее поверхности.
Молекулы вещества в жидкости притягиваются друг к другу силами взаимодействия, называемыми межмолекулярными силами.
Капиллярные явления
Поверхностное натяжение – порыв жидкости уменьшить собственную свободную поверхность, то есть сократить избыток потенциальной энергии на границе разъединения с газообразной фазой. Поверхностное натяжение жидкости: определение в физике. Как определить коэффициент поверхностного натяжения, формула, примеры решения. Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Поверхностное натяжение жидкости зависит от. Причины поверхностного натяжения.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода
Поверхностное натяжение Свойство поверхности жидкости сокращаться можно истолковать как существование сил, стремящихся сократить эту поверхность. Молекула M1 рис. В целом она действует так, что стремится сократить поверхность жидкости. После извлечения рамки из раствора мыльной пленки подвижная часть перемещается из положения 1 в положение 2. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей. При увеличении температуры он уменьшается. Примеси в основном уменьшают некоторые увеличивают коэффициент поверхностного натяжения. Таким образом, поверхностный слой жидкости представляет собой как бы эластичную растянутую пленку, охватывающую всю жидкость и стремящуюся собрать ее в одну «каплю». Такая модель эластичная растянутая пленка позволяет определять направление сил поверхностного натяжения.
Например, если пленка под действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет направлена вдоль поверхности жидкости против растяжения. Однако это состояние существенно отличается от натяжения упругой резиновой пленки. Упругая пленка растягивается за счет увеличения расстояния между частицами, при этом сила натяжения возрастает, при растяжении же жидкой пленки расстояние между частицами не меняется, а увеличение поверхности достигается в результате перехода молекул из толщи жидкости в поверхностный слой. Поэтому при увеличении поверхности жидкости сила поверхностного натяжения не изменяется она не зависит от площади поверхности. Поведение жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами жидкости или сцепление молекул жидкости с молекулами твердого тела. Смачивание — явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел.
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.
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.
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. Сокращают ее площадь. Это похоже на пленку, которая стягивает объем. На сам объем силы не оказывают влияние.
Остались вопросы?
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.
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. Если силы межмолекулярного притяжения между молекулами жидкости меньше, чем между жидкостью и поверхностью, то мы наблюдаем смачивание. Так ведет себя вода на стекле.
Это связано с тем, что при повышении температуры увеличивается кинетическая энергия молекул, что приводит к увеличению количества молекул, обладающих достаточной энергией для преодоления межмолекулярных сил и выхода на поверхность жидкости. 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.
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.
Когда бензол испаряется остается невидимая нерастворимая поверхностная пленка пальмитиновой кислоты , брусок А двигают по направлению к бруску В. Последний испытывает сильный толчок, когда расстояние между А и В составляет 0,23 м. В этот момент поверхность воды между брусками составляет 0,23 м в длину и 0,14 м в ширину.
Почему поверхностное натяжение зависит от состава и свойств жидкости
Чем длиннее молекула, тем сильнее она ориентируется. Дюкло, а затем Траубе, изучая поверхностное натяжение водных растворов предельных органических кислот, нашли, что поверхностная активность этих веществ на границе раздела раствор — воздух тем больше, чем больше длина углеводородного радикала, причем в среднем она увеличивается в 3, 2 раза на каждую СН2-группу правило Дюкло-Траубе. Другая формулировка правила Дюкло-Траубе сводится к следующему: При возрастании длины цепи жирной кислоты в арифметической прогрессии, поверхностная активность увеличивается в геометрической прогрессии. Причина зависимости, установленной Дюкло и Траубе, заключается в том, что с увеличением длины углеводородной цепи уменьшается растворимость органических кислот и тем самым увеличивается стремление молекул перейти из объема в поверхностный слой. Вещества, увеличивающие поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностно-неактивными или поверхностно-инактивными ПИВ. Поверхностно-инактивными веществами по отношению к воде являются неорганические электролиты — кислоты, щелочи, соли. Они взаимодействуют с водой сильнее, чем молекулы воды между собой. Явление изменения концентрации вещества в поверхностном слое жидкости в результате его самопроизвольного перехода из объема фазы называется адсорбцией.
Адсорбционное равновесие определяется двумя процессами: притяжением молекул к поверхности под действием межмолекулярных сил и тепловым движением, стремящимся восстановить равенство концентраций в поверхностном слое и объеме фазы. Адсорбцию растворенного вещества на границе раствор — воздух целесообразно рассматривать с термодинамических позиций и связывать ее с изменением энергии поверхности или ее поверхностного натяжения. Гиббс установил зависимость между избытком адсорбированного вещества в поверхностном слое Г, активностью растворенного вещества в растворе a и поверхностным натяжением s на границе жидкость — газ: 3.
Из подобия соответствующих треугольников см. Здесь D — зазор на конце, L — по-прежнему длина пластинки, а x — расстояние от места соприкосновения пластинок до места, где определяется зазор и высота уровня. Смачивание и несмачивание Для детального изучения капиллярных явлений следует рассмотреть и некоторые молекулярные явления, обнаруживающиеся на трёхфазной границе сосуществования твёрдой, жидкой, газообразной фаз, в частности рассматривается соприкосновение жидкости с твёрдым телом. Если силы сцепления между молекулами жидкости больше, чем между молекулами твёрдого тела, то жидкость стремится уменьшить границу площадь своего соприкосновения с твёрдым телом, по возможности отступая от него.
Капля такой жидкости на горизонтальной поверхности твёрдого тела примет форму сплюснутого шара. В этом случае жидкость называется несмачивающей твёрдое тело. В этом случае твёрдая поверхность, несмачиваемая жидкостью называется гидрофобной, или олоефильной. Если же силы сцепления между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, то жидкость стремится увеличить границу соприкосновения с твёрдым телом. Поверхность же будет носить название гидрофильная. Однако это практически никогда не наблюдается, так как между молекулами жидкости и твёрдого тела всегда действуют силы притяжения. Полное смачивание или полное несмачиваение являются крайними случаями.
Между ними в зависимости от соотношения молекулярных сил промежуточное положение занимают переходные случаи неполного смачивания. Смачиваемость и несмачиваемость — понятия относительные: жидкость,смачивающая одно твёрдое тело, может не смачивать другое тело. Например,вода смачивает стекло, но не смачивает парафин; ртуть не смачивает стекло, но смачивает медь. Смачивание обычно трактуется как результат действия сил поверхностного натяжения. В случае равновесия все силы должны уравновешивать друг друга. Определённое влияние на смачивание оказывает состояние поверхности. Смачиваемость резко меняется уже при наличии мономолекулярного слоя углеводородов.
Последние же всегда присутствуют в атмосфере в достаточных количествах. Определённое влияние на смачивание оказывает и микрорельеф поверхности. Однако до настоящего времени пока не выявлена единая закономерность влияния шероховатости любой поверхности на смачивание её любой жидкостью. Однако на практике это уравнение не всегда соблюдается. Исходя из этого и даются, как правило, сведения о влиянии шероховатости на смачивание. По мнению многих авторов, скорость растекания жидкости на шероховатой поверхности ниже вследствие того, что жидкость при растекании испытывает задерживающее влияние встречающихся бугорков гребней шероховатостей. Необходимо отметить, что именно скорость изменения диаметра пятна, образованного строго дозированной каплей жидкости, нанесённой на чистую поверхность материала, используется в качестве основной характеристики смачивания в капиллярах.
Её величина зависит как от поверхностных явлений, так и от вязкости жидкости, её плотности, летучести. Очевидно, что более вязкая жидкость с прочими одинаковыми свойствами дольше растекается по поверхности и следовательно медленнее протекает по капиллярному каналу. Капиллярные явления Капиллярные явления, совокупность явлений, обусловленных поверхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся сред в системах жидкость - жидкость, жидкость - газ или пар при наличии искривления поверхности. Частный случай поверхностных явлений. Изучив подробно силы, лежащих в основе капиллярных явлений, стоит перейти непосредственно к капиллярам. Так, опытным путём можно пронаблюдать, что смачивающая жидкость например, вода в стеклянной трубке поднимается по капилляру. При этом, чем меньше радиус капилляра, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость.
Жидкость, не смачивающая стенки капилляра например, ртуть с стеклянной трубке , опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Так почему же смачивающая жидкость поднимается по капилляру, а несмачивающая опускается? Не трудно заметить, что непосредственно у стенок сосуда поверхность жидкости несколько искривлена. Если молекулы жидкости, соприкасающиеся со стенкой сосуда, взаимодействуют с молекулами твёрдого тела сильнее, чем между собой, в этом случае жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения с твёрдым телом смачивающая жидкость. При этом поверхность жидкости изгибается вниз и говорят, что она смачивает стенки сосуда, в котором находится. Если же молекулы жидкости взаимодействуют между собой сильнее, чем с молекулами стенок сосуда, то жидкость стремится сократить площадь соприкосновения с твёрдым телом, её поверхность искривляется вверх.
Хотя это свойство жидкостей, безусловно, интересно, оно, похоже, не играет большой роли в нашей повседневной жизни, но именно здесь вы ошибаетесь. Помимо просмотра крутых видеороликов об идеально круглых каплях воды, падающих в замедленном режиме еще один пример поверхностного натяжения или водомерки, которые двигаются со скоростью 2 метра в секунду, скользя по поверхности озера, почему поверхностное натяжение имеет значение? В некоторых отраслях поверхностное натяжение является более простым показателем загрязнения продуктов. 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.
Если известно поверхностное натяжение совершенно чистого состава, любое отклонение от этого выявит некоторый уровень загрязнения. Это может показаться абстрактным приложением поверхностного натяжения, но оно показывает, как даже самые простые вещи могут оказать наибольшее влияние в науке. Интересно, что влияние примесей на поверхностное натяжение было впервые обнаружено Агнес Поккельс - женщиной, увлеченной физикой, но лишенной доступа к образованию. Как упоминалось ранее, поверхностное натяжение важно для водомерок, одного из немногих существ, которые могут перемещаться по поверхности воды, не падая внутрь.
Поверхностное натяжение Наличие свободной поверхности в жидкостях является одной из самых интересных ее особенностей. В отличие от газов, жидкость не заполняет весь объем сосуда, в котором она находится. Между жидкостью и газом, возможно паром, возникает граница раздела, находящаяся в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. В отличие от молекул в глубине жидкости, молекулы, располагающиеся в пограничном ее слое, окружены другими молекулами этой же жидкости не со всех сторон.
Сила поверхностного натяжения
| Остались вопросы? | Поверхностное натяжение воды и других жидкостей зависит от рода жидкости из-за различий в их межмолекулярных силах. |
| Поверхностное натяжение: чем вызвано, коэффициент, определение по формуле | Таким образом, можно сделать вывод, что поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и ее химических свойств. |
| Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение | Рис.2.5. Зависимость поверхностного натяжения неполярной жидкости от Т. Другие вещества менее строго следуют этой зависимости, но часто отклонениями можно пренебречь, т.к. dσ/dТ слабо зависит от температуры (для воды dσ/dТ= -0,16 10-3 Дж/м2). |
Поверхностное натяжение жидкости
| Почему поверхностное натяжение зависит от рода | ма») называется коэффициентом поверхностного натяжения и зависит от природы соприкасающихся сред и от их состояния. |
| Урок 21. Лабораторная работа № 05. Измерение поверхностного натяжения жидкости (отчет) | По причине воздействия сил поверхностного натяжения на капли жидкости и их действия внутри мыльных пузырей появляется некоторое избыточное давление. |
| Поверхностное натяжение | Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода воды). |