Получи верный ответ на вопрос Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости? Ответил (1 человек) на Вопрос: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости. Правильный ответ здесь, всего на вопрос ответили 1 раз: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? Все описанные явления называют «эффектами поверхностного натяжения» и говорят, что жидкость имеет поверхностное натяжение, подобное натяжению растянутой резиновой оболочки. 6 ответов на вопрос “Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?”.
Почему зависит поверхностное натяжение от рода жидкости
| Поверхностные явления | Поверхностное натяжение жидкости зависит от её рода из-за молекулярных сил, действующих на поверхности жидкости. |
| почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости | Почему поверхностное натяжение зависит от Рода Жидкости. Жидкости с маленькими и сферическими молекулами обычно имеют более высокое поверхностное натяжение, чем жидкости с большими и несферическими молекулами. |
| Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости | #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 | Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение. |
| почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости | Поверхностное натяжение и температура Поверхностное натяжение жидкости зависит от различных факторов, включая род жидкости и температуру. |
Вода с низким поверхностным натяжением
Гипотеза подтверждается, поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости, т. е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости. Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Почему поверхностное натяжение воды зависит от рода жидкости.
Поверхностное натяжение
По рисунку видно, что уменьшение диаметра трубки компенсируется уменьшением массы капли, а поверхностное натяжение, естественно, останется тем же. Почему следует добиваться медленного падения капель? При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли растет постепенно. Перед отрывом капли образуется шейка, диаметр d которой несколько меньше диаметра d1 капиллярной трубки. По окружности шейки капли действуют силы поверхностного натяжения, направленные вверх и удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее.
Необходимо, чтобы капли отрывались от трубки самостоятельно, под действием силы тяжести.
Опыт 15. Схему можно показать через проекционный фонарь; тот же эффект можно продемонстрировать на небольшом решете с металлической сеткой. Если проволочки решета покрыть парафином, чтобы они сделались несмачиваемыми, решето будет удерживать осторожно налитую на него воду. Но стоит снизу к решету прикоснуться влажным пальцем, как оболочка воды разрушится и начнется дождь. Таким же образом палатка начинает протекать, если кто-нибудь из любопытства прикоснется изнутри к полотнищу мокрой головой. Водонепроницаемость и смачивание. В сильно увеличенном виде показаны в разрезе волокна ткани для зонтов или брезента для палаток с налитой на них водой.
Поры не закрыты, но когда на волокна нанесено покрытие, создающее большой краевой угол между водой и покрытием , вода выпячивается между волокнами и удерживается поверхностным натяжением. Химия поверхностных явлений и чудеса в горном деле Химия веществ, изменяющих краевой угол, творит поистине чудеса в технике и в быту. Моющие средства помогают прачкам, протирщикам окон и мойщикам овец. Ничтожные добавки к каплям от насморка позволят им проникнуть в носу пациента сквозь барьер, созданный волосками слизистой. Водоотталкивающие вещества делают непромокаемыми плащи и промышленные фильтры. Наконец, избирательные смачивающие вещества отделяют ценные минералы от бесполезной породы. 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.
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.
При критической температуре поверхностное натяжение обращается в ноль.
Вода — это полярная молекула, которая образует водородные связи между соседними молекулами. Эти связи создают силы притяжения, которые удерживают молекулы на поверхности воды. Для других жидкостей, таких как масло или спирт, молекулы не образуют таких сильных водородных связей. В результате, силы притяжения между молекулами в этих жидкостях слабее, что приводит к меньшему поверхностному натяжению. Поверхностное натяжение также зависит от размера молекул и их формы. Молекулы, которые имеют больший размер или могут формировать сложные структуры, могут создавать более сильные связи и, следовательно, иметь более высокое поверхностное натяжение. Изучение связи молекулярных свойств с поверхностным натяжением позволяет лучше понять не только физическую природу этого явления, но и его важность в различных процессах и приложениях, включая капиллярность, смачивание и адгезию.
Количество изученных жидкостей существует ограниченное число, и дальнейшие исследования помогут расширить наши знания в этой области. Роль полярности и неполярности в поверхностном натяжении Полярные молекулы вещества обладают дипольным моментом, то есть разницей в электрическом заряде между атомами и молекулами.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости кратко
Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. 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). Знание о зависимости поверхностного натяжения от рода жидкости является важным для множества процессов и приложений. Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Почему поверхностное натяжение зависит от Рода Жидкости. Жидкости с маленькими и сферическими молекулами обычно имеют более высокое поверхностное натяжение, чем жидкости с большими и несферическими молекулами.
Капиллярные явления
Значение коэффициента поверхностного натяжения зависит от вида жидкости и ее температуры, то есть с увеличением температуры жидкости коэффициент его поверхностного натяжения уменьшается и при критической температуре равен нулю. Поверхностное натяжение жидкости определяется силами межмолекулярного взаимодействия, поэтому оно зависит. Поверхностное натяжение воды и других жидкостей зависит от рода жидкости из-за различий в их межмолекулярных силах.
Поверхностное натяжение жидкости
'В таблице 4 показано как зависит поверхностное натяжение и вязкость воды от ее температуры. Коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Н/м. Величина σ зависит от рода жидкости, температуры, наличия при-месей. Поверхностное натяжение на границе двух жидкостей зависит от полярности. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее.
2.2.3. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения
В других жидкостях межмолекулярные силы могут быть слабее или отличаться по характеру от тех, которые присутствуют в воде. Это может привести к различиям в их поверхностном натяжении и способности образовывать пленку на поверхности. Например, нектар и масло имеют меньшее поверхностное натяжение, чем вода, из-за более слабых межмолекулярных сил. Связь молекулярных свойств с поверхностным натяжением Связь молекулярных свойств с поверхностным натяжением проявляется через силы взаимодействия молекул.
Вода — это полярная молекула, которая образует водородные связи между соседними молекулами. Эти связи создают силы притяжения, которые удерживают молекулы на поверхности воды. Для других жидкостей, таких как масло или спирт, молекулы не образуют таких сильных водородных связей.
В результате, силы притяжения между молекулами в этих жидкостях слабее, что приводит к меньшему поверхностному натяжению. Поверхностное натяжение также зависит от размера молекул и их формы.
Как можно объяснить поверхностное натяжение жидкостей?
В целом поверхностное натяжение можно объяснить, как бесконечно малую или элементарную работу , которую необходимо совершить для увеличения общей площади поверхности жидкости на бесконечно малую величину при неизменной температуре. Какие силы создают поверхностное натяжение жидкости? Силы притяжения между молекулами на поверхности жидкости удерживают их от движения за ее пределы.
Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения — на самом деле, именно благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. Почему поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости? Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Поверхностное натяжение зависит от силы притяжения между молекулами. У молекул разных жидкостей силы взаимодействия разные, поэтому поверхностное натяжение разное. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее.
Как можно снизить поверхностное натяжение воды? Существуют способы снижения поверхностного натяжения. Это нагревание, добавление биологически активных веществ стиральных порошков, мыла, паст и т.
Степень поверхностного натяжения определяет «жидкость» воды. Что влияет на поверхностное натяжение?
Удобный интерфейс позволяет обсудить интересующую тему с посетителями в комментариях.
Последние ответы Никитоз2 27 апр. Эваникулина 27 апр. Kazentseva0905 27 апр.
Колесо делает 120 оборотов за 3 минуты? Yagura22 27 апр. Utfkt5968 27 апр.
Как изменится сила взаимодействиядвух точеснах зарядовитые если модуль каждого из них увеличится в 2 Assaqqws 27 апр. Zdr2 27 апр.
Для границы раздела фаз вода - воздух это соли, щелочи, минеральные кислоты, то есть любые соединения, образующие в растворе только неорганические ионы. Это видно из рис. Способность уменьшать поверхностное натяжение называется поверхностной активностью 2. Условное изображение молекулы ПАВ Полярные группы в воде гидратируются, неполярная часть молекул ПАВ представляют собой гидрофобную углеводородную цепь или радикал.
почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости
В результате, поверхность жидкости становится менее упругой, что приводит к уменьшению ее поверхностного натяжения. Ионная природа раствора также влияет на величину поверхностного натяжения. Например, водные растворы могут содержать положительно и отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы взаимодействуют с отрицательно заряженными группами на поверхности воды, что приводит к уменьшению поверхностного натяжения. Отрицательно заряженные ионы взаимодействуют с положительно заряженными группами на поверхности, также уменьшая поверхностное натяжение. Кроме того, ионная природа раствора может влиять на поверхностное натяжение путем изменения концентрации ионов. При увеличении концентрации ионов в растворе, взаимодействие ионов с поверхностью жидкости становится более интенсивным, что приводит к увеличению эффекта ионной природы на поверхностное натяжение. Таким образом, ионная природа раствора оказывает значительное влияние на поверхностное натяжение жидкости.
Изменение концентрации ионов и их взаимодействие с молекулами на поверхности жидкости приводят к изменению свойств жидкости и ее поверхностного натяжения. Как натяжение связано с молекулярной структурой Основной фактор, определяющий поверхностное натяжение, является сила взаимодействия между молекулами внутри жидкости. Если эти силы сильны и молекулы тесно связаны друг с другом, поверхность жидкости будет более напряженной и сопротивлением к разрыву. Молекулярная структура жидкости также может влиять на ее поверхностное натяжение через влияние положительных и отрицательных зарядов на поверхностные слои. Эти заряды вызывают электростатические силы притяжения или отталкивания между молекулами, что ведет к изменению поверхностного натяжения. Межмолекулярные силы, такие как ван-дер-Ваальсовы силы, могут также влиять на поверхностное натяжение. Если эти силы слабы и молекулы свободно двигаются, поверхностное натяжение будет ниже.
С другой стороны, форма молекулярного скелета жидкости может также играть роль в определении ее поверхностного натяжения. Например, жидкости с длинными, цепкие молекулами могут образовывать сильные внутренние связи, что приводит к более высокому поверхностному натяжению. В итоге, поверхностное натяжение жидкости связано с ее молекулярной структурой и взаимодействием между молекулами. Различия в этих структурах и силах приводят к разным значениям поверхностного натяжения в разных жидкостях. Атомная, молекулярная и деликтная теории поверхностного натяжения Атомная теория: Атомная теория поверхностного натяжения основывается на предположении о том, что поверхностное натяжение связано с взаимодействием атомов на поверхности жидкости. Атомы в жидкости находятся в постоянном движении, их положение на поверхности изменяется со временем.
Воспользовавшись вторым законом Ньютона, можем записать, что Рис. Вычисление силы поверхностного натяжения Если под действием внешней силы перекладина переместится на расстояние , то эта внешняя сила совершит работу.
Естественно, что за счет совершения этой работы площадь поверхности пленки увеличится, а значит, увеличится и поверхностная энергия, которую мы можем определить через коэффициент поверхностного натяжения:. Изменение площади, в свою очередь можно определить следующим образом: , — длина подвижной части проволочной рамки. Учитывая это, можно записать, что работа внешней силы равна. Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе поверхностного натяжения, которая действует на единицу длины линии, ограничивающей поверхность Проявления сил поверхностного натяжения в природе Итак, мы еще раз убедились в том, что жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь ее поверхности была минимальной. Можно показать, что при заданном объеме площадь поверхности будет минимальной у шара. Таким образом, если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать сферическую форму. Так, например, будет вести себя вода в невесомости рис. Вода в невесомости Рис.
Мыльные пузыри Наличием сил поверхностного натяжения также можно объяснить то, почему металлическая иголка «лежит» на поверхности воды рис. Иголка, которую аккуратно положили на поверхность, деформирует ее, увеличивая тем самым площадь этой поверхности. Таким образом, возникает сила поверхностного натяжения, которая стремится уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сил поверхностного натяжения будет направлена вверх, и она скомпенсирует силу тяжести. Иголка на поверхности воды Таким же образом можно объяснить принцип действия пипетки.
Это приводит к высокому поверхностному натяжению. Какие факторы влияют на поверхностное натяжение? По мере снижения температуры, поверхностное натяжение увеличивается.
И наоборот, при сильном уменьшении поверхностного натяжения; поскольку молекулы становятся более активными с повышением температуры, становясь нулевыми при температуре кипения и исчезающими при критической температуре. Добавление химических веществ к жидкости изменит ее характеристики поверхностного натяжения. Все ли жидкости обладают поверхностным натяжением? Поверхностное натяжение зависит в основном от сил притяжения между частицами внутри данная жидкость а также на газ, твердое тело или жидкость, соприкасающиеся с ним. Почему вода имеет большую удельную теплоемкость? Вода имеет более высокую удельную теплоемкость из-за прочности водородных связей. Для разделения этих связей требуется значительная энергия. Связано ли поверхностное натяжение с вязкостью?
Поверхностное натяжение зависит от сил сцепления молекул, а вязкость связана с касательное напряжение в растворе. У кого больше поверхностное натяжение у воды или меда? И вязкость, и поверхностное натяжение зависят от межмолекулярных сил между молекулами жидкости. Мед, будучи более вязким, чем вода, неимеют более высокое поверхностное натяжение. В чем разница между вязкостью и поверхностным натяжением воды? Поверхностное натяжение можно рассматривать как явление, возникающее в жидкостях из-за неуравновешенных межмолекулярных сил, тогда как вязкость происходит за счет сил, действующих на движущиеся молекулы. Поверхностное натяжение присутствует как в движущихся, так и в неподвижных жидкостях, а вязкость проявляется только в движущихся жидкостях. Почему поверхностное натяжение увеличивается с межмолекулярными силами?
Чем сильнее межмолекулярные взаимодействия, тем больше поверхностное натяжение. Имеют ли более вязкие жидкости более высокое поверхностное натяжение? Удивительно, но мы обнаружили, что решения с выше вязкость, чем у воды, имела либо меньшее, либо такое же поверхностное натяжение, что и вода, и мы подозреваем, что это происходит из-за неизменных межмолекулярных связей молекул воды водородных связей , вызывающих поверхностное натяжение по мере увеличения вязкости. Почему некоторые водные насекомые ходят по воде? Водомерки — мелкие насекомые, приспособленные к жизни на поверхности стоячей воды. По этой мембране ходят водомерки.
Насекомые и поверхностное натяжение Почему эта «оболочка» превращает маленькие капли в совершенные по форме шарики вопреки действию силы тяжести и не может сделать этого с более крупными лужами? С молекулярной точки зрения согласно нашей теории, если вам угодно это обусловлено особым поведением молекул, расположенных на поверхности.
Эти силы действуют на поверхности и не связаны с основной массой жидкости. Но сила тяжести действует на всю жидкость, равным образом на ее внешние и внутренние слои. Поверхностное натяжение — это «поверхностный эффект», а вес — «объемный эффект», и их относительная важность будет изменяться в зависимости от реального размера капли или лужи. Представим себе, что поверхностные силы возрастают прямо пропорционально величине поверхности[73], тогда как вес, конечно, возрастает пропорционально объему. Рассмотрим превращение небольшой капли в каплю, в 10 раз большую. Для простоты представим, что капли имеют вид кубиков[74]: маленького С1 фиг. Как соотносятся их поверхности? Кубические «капли».
Сравнение поверхности и объема. Каждый куб имеет шесть граней. Куб с десятикратными линейными размерами имеет в 102, или в 100 раз, большую поверхность. Как соотносятся объемы этих кубов? Они соответственно равны а3 и 10а 3, т. Объем одного куба превышает объем другого в 103, или в 1000 раз, и, следовательно, вес воды в нем будет в 1000 раз больше. При переходе от малого кубика к большому поверхностные эффекты возрастут только в 100 раз, но действие силы тяжести возрастет в 1000 раз; таким образом, ее относительное значение увеличится в 10 раз. На самом же деле силы поверхностного натяжения растягивают каждую границу, или край, поверхности.
Поэтому они возрастают пропорционально линейным размерам, т. Для очень больших объемов сила тяжести во много раз превосходит влияние поверхностного натяжения; поэтому поверхность прудов плоская, а пролитое на пол ведро воды растекается под действием силы тяжести. На форму маленьких капель сильно влияет поверхностное натяжение, для очень маленьких капель это влияние становится определяющим. Для ныряющего в воду человека главную опасность представляет давление на него воды. Для крошечного клопа, ползущего по капле дождя, непреодолимы силы поверхностного натяжения. Теперь понятно, почему маленькие водяные насекомые могут бегать по поверхности пруда не проваливаясь? Они ничем не рискуют: большинство из них водой не смачивается и провалиться не может. Даже если их насильно затолкнуть под воду, они немедленно выскочат наружу, причем помогает им поверхностный слой.
Для крошечных насекомых, тело которых имеет способность намокать, капля воды оказывается тюрьмой. Частично смачиваемые водой насекомые могут держаться на ее поверхности, если они достаточно малы, но, погрузившись однажды в воду, случайно проскочив через упругую поверхность, они уже не смогут выбраться наружу. В жизни еще более мелких существ, например микробов, все определяется поверхностными силами; вес едва ли имеет для них какое-либо значение. Весь контакт с внешним миром они осуществляют через свою поверхность; через нее поступает пища, и, если они хотят двигаться, им надо изменять-форму своей поверхности. Не удивительно поэтому, что такие существа можно уничтожать с помощью ядов, которые покрывают их поверхность, подобно тому как краска наносится на волокна одежды. Размышления завели нас далеко от экспериментальных фактов. Некоторые из развитых идей подтверждаются последующими опытами, другие стоят лишь немногим более простой игры воображения, и их следует использовать только в той мере, в какой они приводят к плодотворным предположениям. Краевой угол с молекулярной точки зрения Все же мы можем развить дальше молекулярную картину и обсудить, как жидкости соприкасаются с твердыми телами, т.
Возвращаясь к небольшим лужицам на столе и к классификации по краевым углам, нарисуем каплю, поверхность которой принимает выпуклую форму под влиянием поверхностных сил, действующих на молекулы фиг. Поверхностное натяжение и краевой угол с молекулярной точки зрения. В том месте, где лужица соприкасается со столом, угловые молекулы должны также притягиваться столом. Совместное притяжение стола и жидкости и определяет краевой угол. Складывая силы притяжения как векторы, получаем равнодействующую R сил притяжения со стороны соседних молекул как жидкости, так и стола. Для поверхности жидкости эта равнодействующая играет роль «вертикали», и поверхность расположится перпендикулярно к ней, точно так же, как поверхность большой лужи принимает горизонтальное положение, перпендикулярно силе тяжести. Итак, краевой угол определяется направлением равнодействующей сил притяжения R; прежде чем продолжить обсуждение, рассмотрим подробнее силы, которые определяют форму поверхности. Молекулярные силы и поверхность жидкости Чтобы понять, почему поверхность жидкости располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения R, вернемся к обсуждению сил, действующих на молекулу.
На молекулы действуют: дальнодействующие силы: б притяжение соседей только в пределах нескольких диаметров молекул ; короткодействующие силы: в сильное отталкивание во время столкновений с соседями на расстоянии долей диаметра молекулы. Для описания поведения молекул вряд ли стоит применять термин «равновесие», но все же можно сказать, что в покоящейся жидкости каждая молекула в среднем находится в равновесии. Коротко- и дальнодействующие силы. На любую молекулу на поверхности жидкости короткодействующие силы действуют со всех сторон и снизу, поэтому равнодействующая будут перпендикулярна поверхности. Равнодействующая дальнодействующих сил, которая уравновешивает эти короткодействующие силы, должна иметь противоположное направление, а следовательно, она также будет перпендикулярна поверхности. Из последнего утверждения следует и обратное — поверхность должна быть перпендикулярна равнодействующей сил притяжения, в противном случае все силы перемещали бы поверхность, пока она не приняла бы этого положения. Конечно, в молекулярном масштабе сама поверхность исчезает в хаосе беспорядочных движений, подобно границе толпы. Она представляется гладкой, только когда ее рассматривают издалека.
Две из названных сил действуют на поверхность и меняют свое направление, когда поверхность изгибается. Это — короткодействующее отталкивание и дальнодействующее притяжение соседей. Третья сила — земное притяжение — всегда направлена вертикально вниз. В большом пруду основное направление задается силой тяжести, которая превращает всю поверхность в горизонтальную плоскость; поэтому две другие силы также вертикальны. На молекулы же, расположенные вблизи твердой стенки или на поверхности небольшой искривленной капли, притяжение соседей влияет намного больше, чем сила тяжести. Поэтому для объяснения искривленного мениска или краевого угла силой тяжести можно пренебречь. Просто говорят: «Поверхность располагается перпендикулярно равнодействующей сил притяжения, которые действуют на молекулу, находящуюся на поверхности». Краевой угол и молекулярные силы Чтобы объяснить природу краевого угла с точки зрения молекулярных сил, рассмотрим силы притяжения, действующие на молекулу С, которая находится в том месте, где лужица жидкости соприкасается с твердым столом фиг.
Силы, действующие на молекулу, находящуюся на краю небольшой лужицы жидкости. Лужица находится на столе, который сильно притягивает молекулы жидкости. Во-первых, на нее действует притяжение соседей, находящихся внутри слоя жидкости; равнодействующая этих сил равна F1 и направлена по биссектрисе угла клина направление подсказано симметрией. Во-вторых, ее притягивают молекулы твердого стола с равнодействующей F2, которая перпендикулярна столу снова по соображениям симметрии. Векторное сложение сил F1 и F2 и дает их равнодействующую R; поверхность жидкости должна расположиться перпендикулярно R. Это схематически изображено на фиг. В таком случае краевой угол невелик и жидкость смачивает стол. Можно сказать, что сильно притягивающий стол побуждает жидкость растекаться.
Таким образом, смачивание зависит от относительной силы молекулярного притяжения. Если молекулы жидкости притягиваются молекулами твердого тела сильнее, чем соседними молекулами самой жидкости, жидкость будет смачивать стол и растекаться. С другой стороны, если молекула жидкости предпочитает своих собратьев молекулам стола, силу F1 следует нарисовать больше F2 и картина примет такой вид, как на фиг. Для «водоотталкивания», по-видимому, требуется, чтобы молекулы жидкости испытывали со стороны соседних молекул стола меньшее притяжение, чем со стороны соседних молекул жидкости. Лужица находится на столе, который слабо притягивает молекулы жидкости. Водоотталкивание и смачивание Таково молекулярное объяснение смачивания и краевого угла. Разве это не просто волшебная сказка, выдуманная для того, чтобы свести концы с концами? Нет, это объяснение совсем не так плохо, поскольку оно основано на молекулярных представлениях, которые используются в других областях физики и химии.
Кроме того, оно позволяет сделать полезные рекомендации: 1 Для улучшения смачивания мечта прачек надо сделать F2 больше, чем F1, т. Это можно осуществить, применяя молекулы-посредники, которыми на практике являются молекулы мыла. Таким образом, мы раскрыли секрет мыла и указали путь к созданию новых синтетических моющих средств. На вопрос: «Какой толщины должно быть покрытие? На вопрос: «Какова толщина молекулы? Это особенно заметно, когда жидкости поднимаются в очень узких трубках; «капиллярность» — полезное свойство жидкостей, и мы сейчас его разберем. Нагрейте кусок стеклянной трубки, растяните его в очень тонкую трубку и опустите один ее конец в чернила фиг. Окрашенная вода поднимается вверх вопреки силе тяжести, опровергая правило: «вода в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне».
Однако в U-образной трубке с колонами разного сечения жидкость все же устанавливается на одном уровне фиг. Если вспомнить обсуждение относительной роли поверхностных и объемных эффектов, можно догадаться, что влияние поверхностного натяжения будет более заметно в приборах малых размеров; например, в небольшой U-образной трубке фиг. Конечно, это то же самое, что мы уже видели при погружении тонкой трубки в чернила. Наброски, представленные на фиг. Если жидкость поднимается в тонких трубках, то в еще более тонких она должна подняться еще выше. Проверьте это см. Капиллярные явления. Поскольку это следствие поверхностного натяжения проявляется в трубках, «тонких, как волос», оно получило название от латинского слова «волос» — capilla.
Таким образом, капиллярность — это старое название поверхностного натяжения, которое еще применяется, чтобы охарактеризовать поведение жидкостей в тонких трубках. Это красивое название, но оно не объясняет подъема жидкости. Сказать, что вода поднимается по тонкой трубке вследствие капиллярности, по существу то же, что сказать «вследствие поведения тонких трубок». Рассматривая через увеличительное стекло мениск поверхность жидкости в тонкой трубке, мы увидим, что он висит, как прикрепленный к стеклу изогнутый мешок, весьма похожий на одеяло пожарников, которые ловят выбрасывающегося из окна горящего дома тяжелого мужчину фиг. Снова возникает мысль о резиновой оболочке. Если измерить силы, удерживающие оболочку, то видно, что эти же силы определяют форму маленьких капель. Можно даже говорить, что оболочка удерживает поднимающуюся по трубке жидкость[75], но более реально говорить о молекулах, которые вскарабкиваются по внутренней поверхности трубки и образуют изогнутый мениск. Жидкости поднимаются не только в круглом стеклянном капилляре.
Капиллярность проявляется в любом узком пространстве. Когда вода стекает между щетинками малярной кисти или увлажняет в ванне ваши волосы, то она заполняет не полые волоски, а узкие промежутки между отдельными волосками. На таком поведении жидкостей основано всасывание масла в ламповый фитиль, воды в банное полотенце и т. Задача 3 трудная. Формула капиллярности Допустим, что подъем жидкости в капилляре определяется разностью давлений по обе стороны мениска. Вернитесь к опыту с двумя соединенными друг с другом мыльными пузырями см. Какой вывод только из этого опыта можно сделать о соотношении между высотой подъема в капилляре и его диаметром? Задача 4.
Капиллярность в несмачиваемой трубке Возьмем жидкость, которая образует со стенками трубки большой краевой угол. К задаче 4. Уровень ртути в широкой трубке показан, но рисунки не закончены. Набросайте в тетради все эти рисунки и закончите их. Применения капиллярности Чтобы жидкость втягивалась в капилляр, а не только поднималась вверх, и вообще проникала в поры, необходим малый краевой угол между жидкостью и стенками пор. При большой величине краевого угла предметы будут оставаться сухими. Ниже приведены примеры, которые демонстрируют роль капиллярности и смачивания в природе и в быту. Чернила на конце пера щель на конце пера подает чернила на бумагу вследствие капиллярности; стальные перья, применявшиеся прежде, когда они бывали новыми, имели большой краевой угол, и для улучшения работы перья следовало смочить слюной.
Чернила на бумаге но поры в бумаге должны быть закрыты. Кровь на бинтах. Капли от насморка на слизистой оболочке носа. Припой на металле для уменьшения краевого угла применяют флюс. Слюна на пище. Растворитель для краски на сухом порошке красителя. Жидкая краска на окрашиваемых поверхностях с этим связан ряд вопросов в технике живописи. Мыльная вода при стирке грязной одежды.
Вода на стеклах очков здесь нет узких промежутков, но при небольшом краевом угле конденсирующаяся на стекле вода создает плоскую пленку, а не туман из капелек. Блинное тесто на сковороде. Вода на полу в ванной. Вода на стеклах очков мелкие капли быстрее испаряются. Важную роль капиллярность играет в садоводстве. Вода проникает в тонкие промежутки между частицами почвы. Разрыхление и вскапывание изменяет размеры этих промежутков и затрудняет доступ воды из глубины почвы к поверхности, предотвращая тем самым ее испарение. Кирпичи пористы.