Convertor de lungime și distanță Convertor de masă Convertor de volum în vrac și alimente Convertor de zonă Convertor de volum și unități în retete culinare Convertor de temperatură Convertor de presiune, stres mecanic, Modulul Young Convertor de energie și lucru Convertor de putere Convertor de forță Convertor de timp Convertor viteza liniară Convertor de eficiență termică cu unghi plat și eficiență a combustibilului Convertor de numere la diverse sisteme notații Convertor de unități de măsură ale cantității de informații Ratele valutare Mărimile îmbrăcămintei și pantofilor pentru femei Mărimile îmbrăcămintei și pantofilor pentru bărbați Convertor de viteză unghiulară și de frecvență de rotație Convertor de accelerație Convertor de accelerație unghiulară Convertor de densitate Convertor de volum specific Convertor de moment de inerție Convertor de moment de forță Cuplu convertor Convertor căldură specifică de ardere (în masă) ) Densitatea energiei și căldura specifică de ardere convertor (în volum) Convertor diferență de temperatură Convertor Coeficient de dilatare termică Convertor de rezistență termică Convertor de conductivitate termică specifică Convertor de capacitate termică specifică Convertor de putere de expunere la energie și radiații termice Căldura convertor de densitate de flux Convertor de coeficient de transfer termic Convertor de debit volumic Convertor de debit de masă Convertor debit molar Convertor de densitate de flux de masă Convertor de concentrație molară Convertor de concentrație de masă în soluție Convertor de vâscozitate dinamică (absolută) Convertor de vâscozitate cinematic Convertor de tensiune superficială Convertor de permeabilitate la vapori Convertor de densitate de flux de vapori de apă Sunet convertor de nivel Convertor de sensibilitate microfon Convertor de nivel presiunea sonoră(SPL) Convertor de nivel de presiune sonoră cu presiune de referință selectabilă Convertor de luminozitate Convertor de intensitate luminoasă Convertor de iluminare Convertor de rezoluție grafică pe computer Convertor de frecvență și lungime de undă Putere dioptrică și distanță focală Putere dioptrică și mărire a lentilei (×) Convertor de încărcare electrică Convertor Convertor de densitate de încărcare liniară Densitate de încărcare de suprafață Convertor de volum Convertor de densitate de încărcare Convertor de curent electric Convertor de densitate de curent liniar Convertor de densitate de curent de suprafață Convertor de intensitate a câmpului electric Convertor de potențial electrostatic și de tensiune Convertor de rezistență electrică Convertor de rezistivitate electrică Convertor de conductivitate electrică Convertor de conductivitate specifică Convertor de inductanță de capacitate electrică Convertor Niveluri ale firului american în dBm ( dBm sau dBmW), dBV (dBV), wați și alte unități Convertor de forță magnetică Convertor de intensitate a câmpului magnetic Convertor flux magnetic Convertor de inducție magnetică Radiație. Convertor de viteză de doză absorbită radiatii ionizante Radioactivitate. Convertor de dezintegrare radioactivă Radiație. Convertor de doză de expunere Radiație. Convertor de doză absorbită Convertor de prefix zecimal Transfer de date Convertor de tipografie și imagistică Convertor de unitate de volum a lemnului Calcul masei molare Tabelul periodic elemente chimice D. I. Mendeleev

Valoarea initiala

Valoare convertită

newton pe metru milinewton pe metru gram-forță pe centimetru dină pe centimetru erg pe centimetru pătrat erg pe milimetru pătrat poundl pe inch liră-forță per inch

Intensitatea câmpului electric

Mai multe despre tensiunea superficială

Informații generale

Tensiunea superficială este proprietatea unui lichid de a rezista forței care acționează asupra acestuia. În comparație cu alte lichide, tensiunea superficială apă una dintre cele mai înalte. Această proprietate a apei este cauzată de structura sa moleculară, ceea ce face ca legăturile dintre molecule să fie mult mai puternice decât alte lichide.

Tensiunea superficială depinde de lichidul în sine și de structura sa moleculară, dar și de ce material intră în contact lichidul. Când vorbim despre tensiunea superficială în regnul animal și în multe alte exemple prezentate mai jos, luăm în considerare fie sistemul apă-aer, fie soluțiile apoase. diverse substanțe, deoarece acestea sunt cele mai comune sisteme găsite în natură.

Calcule de tensiune superficială

Pentru a crește suprafața apei, adică pentru a întinde această suprafață, este necesar să se efectueze lucrări mecanice pentru a depăși forțele de tensiune superficială. Dacă nu se aplică alte forțe externe unui fluid, acesta tinde să ia o formă care minimizează suprafața acelui fluid. După cum vom vedea mai jos, cea mai optimă formă este o minge. În condiții de gravitate zero, lichidul ia de fapt forma unei mingi. Energia potențială a tensiunii superficiale se găsește folosind formula:

E surf = σ S

Aici σ este coeficientul de tensiune superficială și S- suprafața totală a lichidului. Această formulă poate fi exprimată și ca:

σ = ε surf/S

După cum se poate observa din această formulă, coeficientul tensiunii superficiale σ este exprimat în jouli pe metru pătrat (J/m² = N/m). Adică, coeficientul de tensiune superficială la o temperatură constantă a lichidului este egal cu munca care trebuie făcută pentru a crește suprafața lichidului pe unitate de suprafață. Reamintim că un joule este egal cu un newton înmulțit cu un metru și obținem o altă unitate de măsurare a tensiunii superficiale - newton pe metru (N/m).

Despre terminologie

Tensiunea superficială nu apare numai în sistemele aer-lichid. Cel mai adesea, când se vorbește despre forță pe o lungime, se referă la tensiunea superficială în sistemele lichid-gaz. Uneori vorbim de sisteme lichid-lichid, care au și tensiune superficială. Un exemplu de sistem lichid-lichid în care putem vorbi despre tensiunea superficială sunt lămpile cu lavă. Când lampa este stinsă, parafina din ea este în stare solidă, dar când este pornită, se încălzește, se topește și crește, deoarece în stare încălzită parafina este mai ușoară decât lichidul în care se află. , iar în stare rece este mai greu.

Cum funcționează tensiunea superficială

Fiecare moleculă dintr-un lichid exercită o anumită forță asupra moleculelor din jur. În consecință, fiecare moleculă este, de asemenea, supusă unui număr de forțe din direcții diferite față de alte molecule. Acțiunea acestor forțe între molecule este prezentată în ilustrație. Aceste forțe apar deoarece atomii de hidrogen și oxigen care formează apa sunt atrași unul de celălalt din cauza diferenței de sarcini (sarcina negativă a oxigenului este atrasă de sarcina pozitivă a hidrogenului). Aceste forțe atrag molecule în direcții diferite, unele către altele.

Situația cu moleculele de pe suprafața unei substanțe este puțin diferită, deoarece amploarea forței cu care moleculele de aer acționează asupra moleculelor de apă este mult mai mică decât forța cu care moleculele de apă acționează unele asupra altora. După cum se arată în ilustrație, forțele care acționează asupra moleculelor de la suprafața unui lichid sunt mai mici decât forțele care acționează asupra tuturor celorlalte molecule din substanță. Forțele care acționează asupra acestor molecule acționează asupra lor din părțile pe care sunt înconjurate de alte molecule de apă, dar nu de la suprafață. Acest lucru face ca moleculele de la suprafață să fie atrase către lichid cu o forță mai mare decât sunt atrase către suprafață. Din acest motiv, la suprafață se formează un strat mult mai „durabil” de apă. Forțele care acționează asupra moleculelor de la suprafață fac ca suprafața să se micșoreze pentru a reduce suprafața cât mai mult posibil. În comparație cu alte legături, aceste legături sunt mult mai greu de rupt.

Forțele care acționează asupra moleculelor de apă determină prezența a două proprietăți ale apei - adeziuneȘi coeziune. Coeziunea este proprietatea moleculelor aceleiași substanțe de a fi atrase unele de altele. După cum am văzut din exemplele anterioare, moleculele de apă sunt foarte coezive. Datorită coeziunii, tensiunea superficială este posibilă.

Aderența, dimpotrivă, este proprietatea moleculelor de diferite substanțe sau materiale de a se atrage reciproc. De exemplu, dacă aderența dintre un lichid și un recipient este mare, lichidul va „urca” de-a lungul suprafeței recipientului, în timp ce zona din centrul lichidului rămâne pe loc. Acest lucru se vede clar în exemplul apei într-un vas de sticlă - se formează apa concav menisc, dacă îl turnați într-un vas îngust.

Desigur, un menisc concav se va forma în orice recipient de sticlă care nu este prea plin, dar acest efect este mult mai ușor de observat într-un recipient îngust, cum ar fi un tub. Este demn de remarcat faptul că, în ilustrația unui pahar plin, meniscul convex. Acest lucru este cauzat de faptul că apa nu are nimic de „prinde” în afară de alte molecule de apă. Forma convexă a meniscului este cauzată de coeziunea dintre moleculele de apă. Procesul de formare a unui menisc convex este similar cu procesul de formare a picăturilor de apă, care este descris mai jos.

Dacă aderența dintre suprafața substanței și lichid este mică, atunci meniscul va fi convex. Acest lucru este cauzat de faptul că moleculele lichide sunt atrase de alte molecule lichide mai puternic decât sunt atrase de suprafața recipientului. Un bun exemplu de astfel de menisc: mercurul. Dacă aveți un dispozitiv de măsurare cu mercur în interior, cum ar fi un termometru, atunci puteți vedea cu ușurință acest menisc.

Exemple de tensiune superficială la locul de muncă

Exemple de tensiune superficială în viața de zi cu zi și tehnologie ne înconjoară peste tot. Efectul tensiunii superficiale este cel mai ușor de observat în sistemele apă-aer.

Picaturi de apa

Formarea picăturilor sferice are loc și datorită forțelor care atrag moleculele de la suprafața lichidului spre interior. Să ne imaginăm o picătură, deoarece copiii o desenează adesea - forma sa nu este deloc sferică, ci alungită, alungită în partea de sus și rotunjită în partea de jos. Cea mai obișnuită imagine a unei picături are această formă, deoarece cel mai adesea vedem picăturile în acest fel atunci când diferite forțe acționează asupra lor. De exemplu, așa arată picăturile când se rostogolesc pe suprafața frunzelor și a ramurilor copacilor și apoi curg în jos.

Când picătura nu s-a scurs încă de pe suprafața pe care se află, asupra ei acționează mai multe forțe, inclusiv forța de atracție. Apa își schimbă ușor forma, iar picătura, înainte de a cădea, se întinde și reprezintă picătură agățată. Suntem familiarizați cu această formă deoarece astfel de picături, spre deosebire de cele sferice, se mișcă destul de încet și sunt ușor de văzut.

Pe măsură ce picătura se întinde, atinge un punct de întindere maximă, după care forțele de tensiune superficială nu mai pot ține moleculele picăturii împreună ca o singură unitate. Picătura se desprinde de alte molecule de apă și cade. Pe măsură ce zboară în jos, influența forțelor din jur asupra sa scade și, datorită tensiunii superficiale, forma sa devine sferică, așa cum am discutat mai sus.

După cum puteți vedea în fotografia unei picături de cafea căzând într-o ceașcă de la un espressor, forma picăturii este foarte apropiată de sferică, deși este ușor deformată de forța gravitațională care acționează asupra ei.

Pentru a înțelege mecanismul formării picăturilor sferice, se poate lua în considerare și tensiunea superficială în termeni de energie, ca în definiția acestui fenomen de mai sus. Particulele sunt atrase de alte particule cu sarcini opuse, așa că putem spune că aceste particule au energie potențială, care depinde de modul în care aceste molecule interacționează cu moleculele din jur. Moleculele de pe suprafața unui lichid nu sunt înconjurate de alte molecule de pe partea de suprafață, astfel încât energia lor potențială este mai mare. Un astfel de sistem tinde să reducă energia potențială, potrivit principiul energiei potenţiale minime. Aceasta înseamnă că moleculele cu energie potențială mai mare tind să o reducă, de exemplu prin schimbarea formei lor. În cazul nostru, acest lucru se realizează prin schimbarea formei pe care o ia apa.

La tensiune de suprafață constantă, energia potențială poate fi redusă prin reducerea suprafeței. Este important să ne amintim că vorbim despre zona dintre molecule. După ce am examinat formulele pentru calcularea ariei diferitelor forme geometrice, observăm că o minge este cea mai potrivită pentru reducerea ariei dintre molecule, adică această zonă pentru molecule de pe suprafața exterioară a mingii este minimă în comparație cu alte elemente geometrice. forme. Această relație poate fi dovedită folosind Ecuația Euler - Lagrange.

Modificări ale tensiunii superficiale cu modificări ale temperaturii și compoziției chimice a unei substanțe

Este de remarcat faptul că, pe măsură ce temperatura crește, tensiunea superficială scade. Acest lucru se întâmplă deoarece pe măsură ce temperatura crește, moleculele devin mai active și intensitatea vibrațiilor lor crește. Ca urmare, distanța dintre molecule crește și legăturile dintre molecule slăbesc. Unele substanțe adăugate în apă, cum ar fi săpunul, reduc și tensiunea superficială, ceea ce permite apei să adere mai bine la alte suprafețe.

Tensiunea de suprafață redusă permite apei să pătrundă în pori și deschideri greu accesibile, cum ar fi între fibrele țesăturii. Acest lucru este posibil datorită faptului că moleculele de apă sunt ușor separate unele de altele la tensiune superficială scăzută. De aceea, țesăturile, vasele și alte obiecte și suprafețe sunt cel mai des spălate apa fierbinte. Detergenți au același efect de reducere a tensiunii superficiale ca și încălzirea, deci sunt adesea folosite și pentru curățarea suprafețelor, adesea în combinație cu apa fierbinte.

Tensiunea superficială în capilare

Mai sus ne-am uitat la formarea unui menisc din cauza aderenței, dar acesta nu este singurul exemplu despre modul în care lichidele se comportă în tuburile înguste și capilare. Lichidele se ridică într-un capilar sau tub datorită aderenței, dar pentru ca lichidul să se ridice prin tub în întregime fără a se rupe, pe lângă aderență, este nevoie și de coeziune. Cu cât capilarul este mai îngust, cu atât lichidul poate crește mai sus, deoarece într-un tub mai larg, tensiunea superficială poate să nu fie suficientă pentru a ridica o cantitate mare de apă în sus.

Exemple ale acestui fenomen în capilare includ prosoape de hârtie, care absorb lichidele vărsate, îmbrăcămintea sport din material textil, care absoarbe transpirația și rădăcinile, care absorb apa din pământ și o deplasează de-a lungul trunchiului, către ramuri și frunze. Este de remarcat faptul că o astfel de mișcare a fluidului poate fi cauzată nu numai de tensiunea superficială, ci și de osmoză. Un fenomen interesant în templele hinduse cunoscut sub numele de miracolul laptelui explicat şi prin munca capilarelor. Minunea laptelui a fost după cum urmează. Vizitatorii unuia dintre templele hinduse din India au observat că statuile zeilor de pe terenul templului „beau” laptele pe care credincioșii l-au lăsat pe farfurii în fața lor. Acest fenomen a fost văzut în alte temple din India, precum și în afara țării. Oamenii de știință explică acest fenomen prin munca capilarelor: piatra din care au fost sculptate statuile era poroasă, iar laptele se ridica prin capilare în statui.

După cum se poate observa din aceste exemple, fără tensiune superficială nu ar exista fenomene de mișcare a lichidului prin capilare. Un lichid se poate lipi de pereții unui recipient dacă aderența dintre lichid și materialul recipientului este mare, dar fără tensiune superficială nu se poate strecura, deoarece nu se poate mișca ca unul singur.

Obiecte care plutesc pe suprafața unui lichid

Obiectele care nu se udă în lichid și au o densitate mai mare decât cea a apei pot pluti la suprafața apei datorită echilibrului dintre forțele care creează tensiunea superficială și forțele care trag corpul în jos, precum greutatea corpului. Aici vorbim doar de corpuri din materiale impermeabile. Dacă apa pătrunde în material sau aderă de coajă, atunci imaginea devine mult mai complicată. Această proprietate a unui corp de a rămâne la suprafață poate fi demonstrată cu ușurință prin exemplul unei agrafe sau a unui ac care plutește pe suprafața apei. Coborâți cu grijă agrafa în apă, încercând să nu aplicați o forță mai mare decât forța tensiunii superficiale. Pentru a reduce cantitatea de apă care se lipește de suprafața agrafei și o face să se scufunde sub apă, ungeți agrafa cu ulei. Dacă coborâm suficient de atent agrafa pe apă, aceasta va rămâne la suprafața apei.

Forma picăturilor care se lipesc de o suprafață dură

În exemplele descrise mai devreme, am văzut că picăturile de apă au tendința de a obține o formă sferică pentru a reduce energia potențială din sistem. Uneori este imposibil să obțineți forma unei mingi, așa că picăturile iau forma cea mai apropiată de ea. Dacă o picătură de apă cade pe o suprafață tare și se lipește de ea, atunci partea inferioară a picăturii care intră în contact cu această suprafață va lua forma acestei suprafețe, de exemplu, va deveni plată. Acest lucru se întâmplă deoarece gravitația trage picătura spre suprafață. Suprafața unei picături care intră în contact doar cu aerul va fi, dimpotrivă, apropiată de forma unei mingi. Ca urmare, picăturile de pe suprafețe plane, cum ar fi o foaie sau un sticlă, capătă forma unei emisfere.

Când picăturile cad pe o suprafață solidă, ele capătă o formă care reduce aria și rămân așa până când echilibrul dintre forțe este atât de deranjat încât tensiunea superficială nu mai poate menține picătura de pe suprafață în acea formă. De exemplu, picăturile de rouă rămân pe țesătura cortului până când intră în contact cu o altă suprafață. Când s-au format picături la exterior, dacă atingeți țesătura cortului din interior și vă îndepărtați mâna, tensiunea superficială va fi ruptă atât de mult încât picăturile vor pătrunde prin țesătura cortului și apă va rămâne pe degete. .

Un fenomen interesant poate fi observat dacă îl turnați într-un pahar bautura alcoolica, precum vinul, mai ales când este un vin cu un conținut ridicat de alcool. Pe pereții acestui pahar se formează picături de apă, cunoscute ca „lacrimi de vin”.

Acest fenomen este cauzat de o serie de factori, inclusiv diferența de tensiune superficială dintre alcoolul etilic și apă. După cum am menționat mai sus, tensiunea superficială a apei este ridicată în comparație cu alte lichide. Este de multe ori mai mare decât tensiunea superficială a alcoolului etilic. În amestecurile de apă și alcool, cum ar fi în vin, moleculele de apă sunt atrase unele de altele mai mult decât de moleculele de alcool. Din această cauză, apa „fuge” din moleculele de alcool, pe pereții paharului. Cu alte cuvinte, apa se îndepărtează de moleculele de etanol către moleculele de apă.

Există, desigur, etanol în vinul din pahar, dar nu există etanol pe suprafața paharului deasupra nivelului vinului, așa că apa urcă pe pereții paharului. În acest caz, pe pereții deasupra nivelului vinului se formează picături asemănătoare cu lacrimile. De aici și numele acestui fenomen.

Cu cât se adună mai multă apă într-o picătură și cu cât se ridică mai sus, cu atât îi este mai dificil să rămână pe sticlă din cauza tensiunii superficiale. În cele din urmă, picătura curge înapoi în sticlă. Cu cât conținutul de alcool al vinului este mai mare, cu atât acest efect este mai pronunțat.

Tensiunea superficială în diagnosticul medical

Medicii folosesc informații despre tensiunea superficială a unei substanțe pentru a determina conținutul acesteia într-un amestec. De exemplu, unele forme de icter se caracterizează prin continut ridicat săruri biliare în urină. Prezența acestor săruri scade tensiunea superficială a urinei, și de aceea conținutul lor poate fi determinat verificând dacă o anumită substanță plutește sau se scufundă în urină, în cazul nostru pulbere de sulf. Nu se scufundă în urina unui pacient sănătos, dar dacă conține un amestec de săruri biliare, atunci tensiunea superficială este insuficientă și pulberea de sulf se scufundă. Acest test se numește Test de fân.

În natură

Măsurarea tensiunii superficiale

Există mai multe moduri de a găsi tensiunea superficială folosind diferite instrumente de măsurare. Mai jos vom lua în considerare câteva sisteme de măsurare binecunoscute.

Primul tip de dispozitiv măsoară forța aplicată dispozitivului de măsurare ca urmare a tensiunii superficiale. Când se măsoară folosind metoda de separare a inelului du NouyȘi metoda du Nouy-Paday se estimează forța necesară pentru a ridica un inel sau un ac de pe suprafața lichidului. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța exercitată asupra unui inel sau ac de tensiunea superficială atunci când îl ridicăm de la suprafața unui lichid este egală ca mărime cu forța necesară pentru a-l ridica de la suprafața apei. Adică, măsurând forța necesară pentru a ridica aceste obiecte, obținem și cantitatea de forță care le împiedică să fie ridicate.

metoda Wilhelmy măsoară forța care acționează asupra unei plăci de metal scufundată într-un lichid a cărui tensiune superficială se măsoară. Lichidul aderă la o placă, un inel sau un ac (ca în metodele de măsurare anterioare), iar tensiunea superficială ține moleculele lichidului care aderă la suprafață, precum și alte molecule, împreună ca o singură unitate. Adică lichidul „nu dă drumul” plăcii, inelului sau acului. Se cunoaște materialul din care este făcută placa, precum și cât de puternic aderă apa la acest material, iar acest lucru este luat în considerare la calcularea forței.

Tensiunea de suprafață poate fi găsită și folosind greutatea picăturilor de apă care cad dintr-un tub vertical sau dintr-un capilar. Această metodă se numește stalagmometric, iar dispozitivul folosit pentru măsurarea tensiunii superficiale este un stalagmometru. Tensiunea superficială a unui lichid poate fi calculată cu ușurință din greutatea picăturii, deoarece greutatea și tensiunea superficială sunt legate. Dacă diametrul tubului este cunoscut, atunci greutatea picăturii poate fi determinată de numărul de picături dintr-o anumită cantitate de lichid.

Metodă de determinare prin forma unei picături suspendate este similar cu cel precedent prin aceea că folosește și o picătură pentru a determina forța tensiunii superficiale. În acest caz, ei măsoară cât de mult se poate alungi picătura înainte ca aceasta să se separe de restul lichidului și să cadă.

Există și instrumente de măsură care rotesc un lichid și un gaz (pentru sistemele lichid-gaz) până când sistemul ajunge la echilibru și forma substanței devine constantă. În acest caz, tensiunea superficială este determinată de forma unei substanțe cu o densitate mai mică. Această metodă de măsurare a tensiunii superficiale se numește metoda picăturii rotative.

Vi se pare dificil să traduceți unitățile de măsură dintr-o limbă în alta? Colegii sunt gata să vă ajute. Postați o întrebare în TCTermsși în câteva minute vei primi un răspuns.

Tensiunea superficială a apei potabile

Un parametru important al apei potabile este tensiunea superficială. Determină gradul de aderență dintre moleculele de apă și forma suprafeței lichidului și, de asemenea, determină gradul de absorbție a apei de către organism.

Nivelul de evaporare al unui lichid depinde de cât de puternic sunt legate între ele moleculele sale. Cu cât moleculele se atrag reciproc, cu atât lichidul este mai puțin volatil. Cum mai puțin indicator tensiunea superficială a lichidului, mai ales că este volatil. Alcoolii și solvenții au cea mai mică tensiune superficială. Aceasta, la rândul său, determină activitatea lor - capacitatea de a interacționa cu alte substanțe.

Vizual, tensiunea superficială poate fi reprezentată după cum urmează: dacă turnați încet ceaiul într-o ceașcă până la refuz, pentru o perioadă de timp nu se va revărsa și în lumina transmisă puteți vedea că s-a format o peliculă subțire deasupra suprafeței lichidului, care împiedică scurgerea ceaiului. Se umflă pe măsură ce se adaugă și numai la, după cum se spune, „ultima picătură” lichidul se revarsă.

Cu cât apa este folosită mai mult „lichid” pentru băut, cu atât corpul are nevoie de mai puțină energie pentru a rupe legăturile moleculare și a satura celulele cu apă.

Unitatea de măsură a tensiunii superficiale este dyn/cm.

Apa de la robinet are o tensiune superficială de până la 73 de dine/cm, iar fluidul intra și extracelular este de aproximativ 43 de dine/cm, astfel încât celula necesită o cantitate mare de energie pentru a depăși tensiunea superficială a apei.

Figurat vorbind, apa poate fi mai groasă și mai subțire. Este de dorit ca mai multă apă „lichidă” să intre în organism, apoi celulele nu vor trebui să risipească energie pentru a depăși tensiunea de suprafață. Apa cu tensiune superficială scăzută este mai disponibilă din punct de vedere biologic. Intră mai ușor în interacțiuni intermoleculare.

Te-ai întrebat vreodată: „De ce apa fierbinte spală murdăria mai bine decât apa rece?” Acest lucru se întâmplă deoarece pe măsură ce temperatura apei crește, tensiunea superficială a acesteia scade. Cu cât tensiunea superficială a apei este mai mică, cu atât este mai bun solvent. Coeficientul de tensiune superficială depinde de compoziție chimică lichid, mediul cu care se învecinează, temperatura. Odată cu creșterea temperaturii (descrește și la temperatura critică devine zero. În funcție de puterea interacțiunii dintre moleculele lichidului și particulele corpului solid în contact cu acesta, este posibil ca corpul solid să poată sau nu fi umezit de lichid.În ambele cazuri, suprafața lichidului de lângă limita cu corpul solid este curbată.

Tensiunea superficială a apei poate fi scăzută, de exemplu, prin adăugarea de substanțe biologic active sau încălzirea lichidului. Cu cât tensiunea superficială a apei pe care o bei este mai aproape de 43 de dine/cm, cu atât poate fi absorbită de corpul tău mai puțină energie.

Nu stiu de unde il poti lua apa potrivita ? O să-ți spun!

Notă:

Făcând clic pe „ A sti„nu duce la nicio cheltuială sau obligație financiară.

Doar tu obțineți informații despre disponibilitatea apei potrivite în regiunea dvs,

și obține oportunitate unică deveniți gratuit membru al clubului oamenilor sănătoși

Strat de suprafață

un strat subțire al unei substanțe lângă suprafața de contact a două faze (corpi, medii), care diferă ca proprietăți de substanțele din cea mai mare parte a fazelor. Proprietățile speciale ale P. s. sunt cauzate de excesul de energie liberă concentrată în el (vezi Energia de suprafață, Tensiunea de suprafață), precum și particularitățile structurii și compoziției sale. P.S. la limita fazelor condensate este adesea numit stratul interfacial. Grosimea de P. s. depinde de diferența de densități de fază, intensitate și tip de interacțiuni intermoleculare în zona limită, temperatură, presiune, potențiale chimice și alți parametri termodinamici ai sistemului. În unele cazuri nu depășește grosimea unui strat monomolecular, în altele ajunge la zeci și sute de dimensiuni moleculare. Deci, P. s. lichidele în apropierea temperaturilor critice de amestecare pot avea o grosime de 1000 (100 nm) sau mai mult. Un strat format din molecule (sau ioni) unei substanțe adsorbite se numește strat de adsorbție. Compoziția și proprietățile P. s se schimbă deosebit de puternic. la adsorbția agenților tensioactivi. Adsorbția, chimisorbția și efectele chimice asupra P. s. solidele pot provoca liofilizarea sau liofobizarea acesteia (vezi Liofilitate și liofobicitate), pot duce la o scădere a rezistenței sale (vezi efectul Rebinder) sau, dimpotrivă, la creșterea caracteristicilor mecanice. starea lui P. s. diferitelor materiale structurale, de inginerie radio și alte materiale afectează foarte mult caracteristicile operaționale, tehnice și tehnologice ale acestora. Cu proprietățile lui P. s. diferite fenomene de suprafață din lumea din jurul nostru sunt legate.

Tensiunea superficială este o caracteristică termodinamică a interfeței dintre două faze aflate în echilibru, determinată de munca de formare izotermocinetică reversibilă a unei unități de suprafață a acestei interfețe, cu condiția ca temperatura, volumul sistemului și potențialele chimice ale tuturor componentelor din ambele faze rămân constante.

Tensiunea superficială are o dublă semnificație fizică - energetică (termodinamică) și forță (mecanică). Definiția energiei (termodinamice): tensiunea superficială este munca specifică de creștere a suprafeței atunci când aceasta este întinsă, supusă unei temperaturi constante. Definiția forței (mecanice): tensiunea superficială este forța care acționează pe unitatea de lungime a unei linii care delimitează suprafața unui lichid.

Metode statice:

1. Metoda de ridicare a capilarelor

2. Metoda Wilhelmy

3. Metoda de drop asezat

4. Metoda de determinare prin forma unei picaturi suspendate.

5. Metoda picăturii rotative

Metode dinamice:

1. Metoda Du Nouy (metoda separarii inelelor).

2. Stalagmometric, sau metoda de numărare a picăturilor.

3. Metoda de presiune maximă a bulelor.

4. Metoda cu jet oscilant

5. Metoda valuri stătătoare

6. Metoda undelor calatorie

Tensiune de suprafata, dorința unei substanțe (fază lichidă sau solidă) de a-și reduce energia potențială în exces la interfața cu o altă fază (energia de suprafață). Definit ca munca cheltuită pentru crearea unei unități de suprafață a interfeței (dimensiunea J/m 2). Conform unei alte definiții, tensiunea superficială este o forță pe unitatea de lungime a conturului care delimitează interfața de fază (dimensiunea N/m); aceasta forta actioneaza tangential la suprafata si impiedica cresterea ei spontana.

Tensiunea superficială este principala caracteristică termodinamică a stratului de suprafață al unui lichid la limita cu faza gazoasă sau alt lichid. Tensiunea superficială a diferitelor lichide la limita cu vapori proprii variază foarte mult: de la unități pentru gaze lichefiate cu punct de fierbere scăzut la câteva mii de mN/m pentru substanțe refractare topite. Tensiunea superficială depinde de temperatură. Pentru multe lichide monocomponente neasociate (apă, săruri topite, metale lichide) departe de temperatura critică, aceasta funcționează bine dependență liniară:

Surfactanții (surfactanții) sunt compuși chimici care, atunci când sunt concentrați la interfață, provoacă o scădere a tensiunii superficiale.

Principala caracteristică cantitativă a unui surfactant este activitate de suprafață- capacitatea unei substanțe de a reduce tensiunea superficială la interfață este derivata tensiunii superficiale în raport cu concentrația de surfactant, deoarece C tinde spre zero. Totuși, un agent tensioactiv are o limită de solubilitate (așa-numita concentrație micelică critică sau CMC), la atingerea căreia, atunci când un agent tensioactiv este adăugat la o soluție, concentrația la interfață rămâne constantă, dar în același timp, auto-organizare are loc moleculele de surfactant în soluția în vrac (formarea sau agregarea micelelor). Ca rezultat al unei astfel de agregari, se formează așa-numitele micelii. Un semn distinctiv al micelizării este turbiditatea soluției de surfactant. Soluții apoaseÎn timpul formării micelelor, agenții tensioactivi dobândesc și o nuanță albăstruie (nuanță gelatinoasă) datorită refracției luminii de către micelii.

Această lecție va discuta despre lichide și proprietățile lor. Lichidele au o serie de proprietăți interesante și manifestările lor. O astfel de proprietate va fi discutată în această lecție.

În lumea din jurul nostru, alături de gravitație, elasticitate și frecare, există o altă forță, căreia îi acordăm de obicei puțină atenție sau deloc. Această forță este relativ mică, acțiunea sa nu provoacă niciodată efecte impresionante. Totuși, nu putem turna apă într-un pahar, nu putem face nimic cu niciun lichid fără a pune în joc forțele despre care vom discuta. Acestea sunt forțe de tensiune superficială.

Capacitatea unui lichid de a-și contracta suprafața se numește tensiune superficială.

Forța de tensiune superficială este o forță care acționează de-a lungul suprafeței unui lichid perpendicular pe linia care limitează această suprafață și tinde să o reducă la minim.

Forța tensiunii superficiale este determinată de formula, produsul lui sigma și el. Unde sigma este coeficientul de tensiune superficială, el este lungimea perimetrului de umectare.

Să ne oprim mai în detaliu asupra conceptului de „coeficient de tensiune superficială”.

Coeficientul de tensiune superficială este numeric egal cu forța care acționează pe unitatea de lungime a perimetrului de umectare și direcționată perpendicular pe acest perimetru.

De asemenea, coeficientul de tensiune superficială a unui lichid este o mărime fizică care caracterizează un lichid dat și este egal cu raportul dintre energia de suprafață și aria suprafeței lichidului.

Moleculele stratului de suprafață al unui lichid au un exces de energie potențială în comparație cu energia pe care ar avea-o aceste molecule dacă s-ar afla în interiorul lichidului.

Energia de suprafață– excesul de energie potențială deținută de molecule de pe suprafața unui lichid.

Coeficientul de tensiune superficială se măsoară în newtoni împărțit la metru.

Să discutăm de ce depinde coeficientul de tensiune superficială a unui lichid. Pentru început, să ne amintim că coeficientul de tensiune superficială caracterizează energia specifică de interacțiune a moleculelor, ceea ce înseamnă că factorii care modifică această energie vor modifica și coeficientul de tensiune superficială a lichidului.

Deci, coeficientul de tensiune superficială depinde de:

1. Natura lichidului (lichidele „volatile”, cum ar fi eterul, alcoolul și benzina, au o tensiune superficială mai mică decât lichidele „nevolatile” - apă, mercur și metale lichide).

2. Temperaturi (cu cât temperatura este mai mare, cu atât tensiunea superficială este mai mică).

3. Prezența agenților tensioactivi care reduc tensiunea superficială (agenții tensioactivi), precum săpunul sau praful de spălat.

4. Proprietățile gazului lichid limită.

Forțele de tensiune superficială determină forma și proprietățile picăturilor de lichid și bulelor de săpun. Aceste forțe țin acul de oțel și insecta păsătoare de apă pe suprafața apei și rețin umiditatea pe suprafața țesăturii.

Puteți verifica existența forțelor de tensiune superficială folosind un experiment simplu. Dacă un fir este legat de un inel de sârmă în două locuri, astfel încât lungimea firului să fie puțin mai mare decât lungimea coardei care leagă punctele de atașare ale firului, iar inelul de sârmă este scufundat într-o soluție de săpun, folie de săpun va acoperi întreaga suprafață a inelului, iar firul se va întinde pe pelicula de săpun. Dacă acum rupeți folia de pe o parte a firului, folia de săpun rămasă pe cealaltă parte a firului se va contracta și strânge firul. De ce s-a întâmplat asta? Cert este că soluția de săpun rămasă deasupra, adică lichidul, tinde să-și reducă suprafața. Astfel, firul este tras în sus.

Să luăm în considerare un experiment care confirmă dorința unui lichid de a reduce suprafața de contact cu aerul sau vaporii acestui lichid.

Un experiment interesant a fost realizat de fizicianul belgian Joseph Plateau. El afirmă că dacă o picătură se află în condițiile în care influența principală asupra formei sale este exercitată de forțele de tensiune superficială, ea ia forma cu cea mai mică suprafață, adică sferică.

Tensiune de suprafata, dorința unei substanțe (fază lichidă sau solidă) de a-și reduce energia potențială în exces la interfața cu o altă fază (energia de suprafață). Definit ca munca cheltuită pentru crearea unei unități de suprafață a interfeței (dimensiunea J/m 2). Conform unei alte definiții, tensiune de suprafata- forța pe unitatea de lungime a conturului limitând interfața de fază (dimensiunea N/m); aceasta forta actioneaza tangential la suprafata si impiedica cresterea ei spontana.

Tensiune de suprafata- principala caracteristică termodinamică a stratului superficial al unui lichid la limita cu faza gazoasă sau alt lichid. Tensiune de suprafata de diferite lichide la limita cu vapori proprii variază foarte mult: de la unități pentru gaze lichefiate cu punct de fierbere scăzut la câteva mii de mN/m pentru substanțe refractare topite. Tensiune de suprafata depinde de temperatura. Pentru multe lichide monocomponente neasociate (apă, săruri topite, metale lichide) departe de temperatura critică, dependența liniară se menține bine:

unde s și s 0 sunt tensiunea superficială la temperaturi TȘi T 0 în consecință, α≈0,1 mN/(m K) - coeficient de temperatură tensiune de suprafata. Principala metodă de reglementare tensiune de suprafata constă în utilizarea surfactanţilor (surfactanţilor).

Tensiune de suprafata este inclus în multe ecuații de fizică, chimie fizică și coloidă, electrochimie.

Acesta definește următoarele cantități:

1. presiune capilară, unde r 1 și r 2 - razele principale de curbură ale suprafeței și presiunea vaporilor saturați r peste o suprafață lichidă curbată: , unde r- raza de curbură a suprafeței, R- constanta de gaz, Vn- volumul molar de lichid, p 0 - presiune deasupra unei suprafețe plane (Legile Lapplace și Kelvin, vezi Fenomene capilare).

2. Unghiul de contact θ în contactul lichidului cu suprafața solid: cos , unde este energia specifică de suprafață liberă a unui solid la limita cu gaz și lichid, - tensiune de suprafata lichide (legea Young, vezi Udare).

3. Adsorbția agenților tensioactivi unde μ este potențialul chimic al substanței adsorbite (ecuația Gibbs, vezi Adsorbție). Pentru soluţii diluate unde Cu- concentrația molară de surfactant.

4. Starea stratului de adsorbție al surfactantului pe suprafața lichidului: (p s + a/A 2)·( A- b)=k T, unde p s=(s 0 -s) - presiune bidimensională, s 0 și respectiv s - tensiune de suprafata lichid pur și același lichid în prezența unui strat de adsorbție, A- constantă (analog cu constanta van der Waals), A- suprafața stratului de suprafață per moleculă adsorbită, b- suprafata ocupata de 1 molecula de lichid, k- Constanta Boltzmann (ecuația Frumkin-Volmer, vezi Activitatea de suprafață).

5. Efect electrocapilar: - d s/ d f = r s, unde r s este densitatea de sarcină la suprafață, f este potențialul electrodului (ecuația Lipman, vezi Fenomene electrocapilare).

6. Lucrarea de formare a nucleului critic al unei noi faze WC. De exemplu, în timpul condensării omogene a aburului la presiune, unde p 0 - presiunea vaporilor deasupra unei suprafețe lichide plane (ecuația Gibbs, vezi Originea unei noi faze).

7. Lungimea l a undelor capilare de pe suprafața lichidului: , unde ρ este densitatea lichidului, τ este perioada de oscilație, g- accelerarea gravitației.

8. Elasticitatea peliculelor lichide cu strat de surfactant: modul elastic, unde s- zona filmului (ecuația Gibbs, vezi Filme subțiri).

Tensiune de suprafata măsurat pentru multe substanțe pure și amestecuri (soluții, topituri) pe o gamă largă de temperaturi și compoziții. Deoarece tensiune de suprafata este foarte sensibil la prezența impurităților; măsurătorile folosind metode diferite nu dau întotdeauna aceleași valori.

Principalele metode de măsurare sunt următoarele:

1. ridicarea lichidelor umede în capilare. Înălțimea de ridicare, unde este diferența dintre densitățile lichidului și ale gazului deplasat, ρ - raza capilarului. Acuratețea determinării tensiune de suprafata crește odată cu descreșterea raportului ρ/α (α - constanta capilară a lichidului).

2. Măsurarea presiunii maxime într-o bula de gaz (metoda Rebinder); Calculul se bazează pe ecuația lui Laplace. Când o bula este presată într-un lichid printr-un capilar calibrat cu raza r înainte de momentul separării, presiunea p m = 2σ/r

3. Metoda de cântărire a picăturilor (stalagmometrie): (ecuația Tate), unde G- greutate totală n picături separate sub influența gravitației din tăierea unui tub capilar cu o rază r. Pentru a îmbunătăți acuratețea partea dreaptaînmulțit cu un factor de corecție în funcție de r și volumul picăturii.

4. Metoda de echilibrare a plăcilor (metoda Wilhelmy). La scufundarea unei plăci cu un perimetru în secțiune transversală Lîn fluidul de umectare este greutatea plăcii, unde G 0 - greutatea plăcii uscate.

5. Metoda ruperii inelului (metoda Du Nouy). Pentru a rupe un inel de sârmă cu o rază R este necesară forța de la suprafața lichidului

6. Metoda picăturii sesile. Profilul unei picături pe un substrat neumezibil este determinat din condiția ca suma presiunilor hidrostatice și capilare să fie constantă. Ecuația diferențială a profilului picăturii se rezolvă prin integrare numerică (metoda Bashforth-Adams). Măsurând parametrii geometrici ai profilului picăturii folosind tabelele corespunzătoare, găsiți tensiune de suprafata.

7. Metoda picăturii rotative. O picătură de lichid cu densitatea r 1 este plasată într-un tub cu un lichid mai greu (densitatea r 2). Când tubul se rotește cu o viteză unghiulară ω, picătura este întinsă de-a lungul axei, luând aproximativ forma unui cilindru cu rază. r. Ecuația de proiectare: . Metoda este folosită pentru a măsura mic tensiune de suprafata la interfaţa a două lichide.

Tensiune de suprafata este un factor determinant în multe procese tehnologice: flotarea, impregnarea materialelor poroase, acoperirea, acțiunea detergentului, metalurgia pulberilor, lipirea etc. Rolul este mare. tensiune de suprafataîn procesele care au loc în gravitate zero.

Concept tensiune de suprafata introdus pentru prima dată de J. Segner (1752). În prima jumătate a secolului al XIX-lea. bazat pe ideea de tensiune de suprafata a fost dezvoltată teoria matematică a fenomenelor capilare (P. Laplace, S. Poisson, K. Gauss, A.Yu. Davidov). În a doua jumătate a secolului al XIX-lea. J. Gibbs a dezvoltat teoria termodinamică a fenomenelor de suprafață, în care se joacă rolul decisiv tensiune de suprafata. În secolul al XX-lea se dezvoltă metode de reglementare tensiune de suprafata folosind surfactanți și efecte electrocapilare (I. Langmuir, P.A. Rebinder, A.H. Frumknn). Printre moderne problemele actuale- dezvoltarea teoriei moleculare tensiune de suprafata diverse lichide (inclusiv metale topite), efectul curburii suprafeței asupra tensiune de suprafata.