De overflatespenning Det er en fysisk egenskap at alle væsker er til stede og er preget av motstanden som overflatene deres motarbeider for enhver økning i området. Dette er det samme som å si at overflaten vil se etter det minste mulige området. Dette fenomenet fletter sammen flere kjemiske begreper, som kohesjon, vedheft og intermolekylære krefter..
Overflatespenning er ansvarlig for dannelsen av overflatekurver av væsker i rørformede beholdere (grader sylindere, kolonner, reagensrør, etc.). Disse kan være konkave (buet i form av en dal) eller konvekse (buede i en kuppelform). Mange fysiske fenomener kan forklares ved å vurdere endringene som overflatespenningen til en væske gjennomgår..
Et av disse fenomenene er flytende molekylers tendens til å agglomerere i form av dråper når de hviler på overflater som frastøter dem. For eksempel kan ikke vanndråpene vi ser på toppen av bladene, fukte det på grunn av sin voksagtige, hydrofobe overflate..
Imidlertid kommer det en tid da tyngdekraften spiller sin rolle, og dråpen søler ut som en vannkolonne. Lignende fenomen forekommer i sfæriske kvikksølvdråper når det søles fra et termometer.
På den annen side er overflatespenningen til vann den viktigste av alt, da det bidrar til og organiserer tilstanden til mikroskopiske legemer i vandige medier, som celler og deres lipidmembraner. I tillegg er denne spenningen ansvarlig for at vannet fordamper sakte, og noen kropper er tettere enn det kan flyte på overflaten..
Artikkelindeks
Forklaringen på fenomenet overflatespenning er på molekylært nivå. Væskens molekyler samhandler med hverandre på en slik måte at de er sammenhengende i sine uberegnelige bevegelser. Et molekyl samhandler med naboene ved siden av det og med de over eller under det.
Dette skjer imidlertid ikke det samme med molekylene på overflaten av væsken, som er i kontakt med luft (eller annen gass), eller med et fast stoff. Molekyler på overflaten kan ikke kohesjonere med de i det ytre miljøet.
Som et resultat opplever de ingen krefter som trekker dem oppover; bare nedover, fra naboene i det flytende mediet. For å motvirke denne ubalansen, "klemmer" overflatemolekylene, fordi bare på denne måten kan de overvinne kraften som skyver dem ned.
Deretter opprettes en overflate der molekylene er i et mer anspent arrangement. Hvis en partikkel ønsker å trenge gjennom væsken, må den først krysse denne molekylære barrieren proporsjonal med overflatespenningen til væsken. Det samme gjelder en partikkel som ønsker å rømme til det ytre miljøet fra væskedypet..
Derfor oppfører overflaten seg som om det var en elastisk film som viser motstand mot deformasjon..
Overflatespenning er vanligvis representert med symbolet γ, og uttrykkes i enheter N / m, kraft ganger lengde. Imidlertid er enheten mest dyn / cm. Den ene kan konverteres til den andre med følgende konverteringsfaktor:
1 dyn / cm = 0,001 N / m
Vann er den sjeldneste og mest fantastiske av alle væsker. Dens overflatespenning, så vel som flere av dens egenskaper, er uvanlig høy: 72 dyn / cm ved romtemperatur. Denne verdien kan øke til 75,64 dyn / cm, ved en temperatur på 0 ºC; eller reduser til 58,85 ° C, ved en temperatur på 100 ° C.
Disse observasjonene er fornuftige når du tenker på at den molekylære barrieren strammer enda mer ved temperaturer nær frysepunktet, eller den "løsner" litt mer rundt kokepunktet..
Vann har høy overflatespenning på grunn av hydrogenbindinger. Hvis disse i seg selv er merkbare i væsken, er de enda mer på overflaten. Vannmolekyler er sterkt viklet inn og danner H-type dipol-dipol-interaksjoner.toÅH ÅH.
Slik er effektiviteten av deres interaksjoner at den vandige molekylære barrieren til og med kan støtte noen legemer før de synker. I seksjonene applikasjoner og eksperimenter vil dette poenget bli tatt opp igjen.
Alle væsker har overflatespenninger, enten i mindre eller større grad enn vann, eller om de er rene stoffer eller løsninger. Hvor sterke og anspente de molekylære barrierer på overflatene er, vil avhenge direkte av deres intermolekylære interaksjoner, så vel som strukturelle og energiske faktorer..
For eksempel interagerer gassmolekyler i flytende tilstand kun med hverandre gjennom London-spredningskrefter. Dette samsvarer med at overflatespenningene har lave verdier:
-Flytende helium, 0,37 dyn / cm ved -273 ºC
-Flytende nitrogen, 8,85 dyn / cm ved -196 ºC
-Flytende oksygen, 13,2 dyn / cm ved -182 ºC
Overflatespenningen til flytende oksygen er høyere enn for helium fordi molekylene har større masse..
Ikke-polære og organiske væsker forventes å ha høyere overflatespenninger enn disse kondenserte gassene. Blant noen av dem har vi følgende:
-Dietyleter, 17 dyn / cm ved 20 ° C
-n-Heksan, 18,40 dyn / cm ved 20 ° C
-n-Oktan, 21,80 dyn / cm ved 20 ° C
-Toluen, 27,73 dyn / cm ved 25 ºC
En lignende trend observeres for disse væskene: overflatespenning øker når molekylmassene øker. Imidlertid n-I følge dette skal oktan ha den høyeste overflatespenningen og ikke toluen. Her spiller molekylære strukturer og geometrier inn.
Toluenmolekyler, flate og ringe, har mer effektive interaksjoner enn de av n-oktan. Derfor er overflaten av toluen "strammere" enn overflaten av n-oktan.
Siden det er sterkere dipol-dipolinteraksjoner mellom molekylene i en polær væske, er deres tendens til å vise høyere overflatespenninger. Men dette er ikke alltid tilfelle. Blant noen eksempler har vi:
-Eddiksyre, 27,60 dyn / cm ved 20 ° C
-Aceton, 23,70 dyn / cm ved 20 ° C
-Blod, 55,89 dyn / cm ved 22 ° C
-Etanol, 22,27 dyn / cm ved 20 ° C
-Glyserol, 63 dyn / cm ved 20 ° C
-Smeltet natriumklorid, 163 dyn / cm ved 650 ° C
-6 M NaCl-løsning, 82,55 dyn / cm ved 20 ° C
Det forventes at smeltet natriumklorid har enorm overflatespenning: det er en tyktflytende, ionisk væske..
På den annen side er kvikksølv en av væskene med høyest overflatespenning: 487 dyn / cm. I den består overflaten av sterkt sammenhengende kvikksølvatomer, mye mer enn vannmolekyler kan være..
Overflatespenning alene har ingen anvendelser. Dette betyr imidlertid ikke at det ikke er involvert i forskjellige daglige fenomener, som hvis de ikke eksisterte, ikke ville forekomme..
For eksempel er mygg og andre insekter i stand til å gå gjennom vann. Dette er fordi deres hydrofobe ben frastøter vann, mens den lave massen gjør at de kan holde seg flytende på den molekylære barrieren uten å falle til bunnen av elven, innsjøen, dammen osv..
Overflatespenning spiller også en rolle i væskens fuktighet. Jo høyere overflatespenning, desto mindre er tendensen til å sive gjennom porene eller sprekker i et materiale. I tillegg til dette er de ikke veldig nyttige væsker for å rengjøre overflater.
Det er her rengjøringsmidler virker, reduserer overflatespenningen til vannet og hjelper det å dekke større overflater; samtidig som den forbedrer avfettingsvirkningen. Ved å redusere overflatespenningen, gir den plass til luftmolekyler, som den danner bobler med..
På den annen side er lave høyere spenninger knyttet til stabiliseringen av emulsjonene, som er veldig viktige i formuleringen av et annet produktsortiment..
Til slutt vil noen eksperimenter som kan utføres i ethvert hjemlig rom siteres..
En metallklips er plassert på overflaten i et glass kaldt vann. Som vist på bildet ovenfor, vil klippet holde seg flytende takket være overflatespenningen til vannet. Men hvis du tilfører glasset lava av laveservise, vil overflatespenningen synke dramatisk og binders plutselig vil synke..
Hvis vi på overflaten har en papirbåt eller en trepall, og hvis oppvaskmaskinen eller vaskemidlet blir tilsatt hodet på en vattpinne, vil det oppstå et interessant fenomen: det vil være en frastøt som vil forplante dem mot kantene på glass. Papirbåten og trepallen vil bevege seg bort fra den vaskemiddel-smurte vattpinnen.
Et annet lignende og mer grafisk eksperiment består i å gjenta den samme operasjonen, men i en bøtte med vann drysset med sort pepper. De svarte pepperpartiklene vil flyte bort og overflaten vil skifte fra pepper dekket til krystallklar, med pepper på kantene.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.