מתח פני השטח הוא תופעה המתרחשת על פני הנוזלים, כמו מים, ויוצרים סרט דק.
כאשר מים, במצב נוזלי, תופסים מיכל, אנו יכולים לתפוס את ההפרדה בין הנוזל לסביבה. הסיבה לכך היא שהאינטראקציה בין מולקולות מים על פני השטח שונה מהאינטראקציות בתוך הנוזל.
על פני השטח, מולקולת מים מתקשרת עם מולקולות בצדדים ומתחתיה. בפנים, מולקולה מוקפת במולקולות אחרות ויש אינטראקציה לכל הכיוונים דרך קשרי מימן.
בגלל המאפיין הזה אנו צופים בתופעה של היווצרות טיפה. בגלל זה, גם חרקים יכולים ללכת על מים.
מהו מתח פני השטח?
זהו היווצרות של סרט דק מתחת לנוזל בגלל חוסר שוויון האטרקציות בין המולקולות המרכיבות אותו. תופעה זו מתרחשת בצורה בולטת יותר בנוזלים שיש בהם כוחות בין-מולקולריים אינטנסיבי, כמו מים.
אינטראקציות בין מינים בנוזל נקראות כוחות מגובשים. בעוד שמולקולות בתוך נוזל נמשכות למולקולות שכנות לכל הכיוונים, מולקולות על פני השטח מתקשרות עם מולקולות שמתחתיהן ולצדן.
ראה כיצד מתח פני השטח מתרחש במים.
המים (ח2O) היא מולקולה קוטבית שנוצרה על ידי שני אטומי מימן (קטבים חיוביים) ואטום חמצן אחד (קוטב שלילי) שמצטרפים אליהם קשרים קוולנטיים. הקוטב החיובי של מולקולה נמשך לקוטב השלילי של המולקולה השכנה, ויוצר קשרי מימן.
סוג זה של אינטראקציה בתוך הנוזל מופץ לכל הכיוונים. על פני השטח הכוחות מופנים כלפי מטה ולרוחב, מכיוון שמעליהם אין מולקולות מים. זה הופך את מולקולות השטח למלוכדות יותר ויוצר סרט אלסטי.
יחידת מתיחת השטח ניתנת על ידי המרכיב שבין יחידת הכוח ליחידת האורך, כאשר המאומצת ביותר היא dyne / centimeter (dyne / cm) ו- newton / meter (N / m).
למים מתח פנים גבוה, שערכו 72.75 dyne / cm. עם זאת, כספית, מתכת נוזלית, מתח פני השטח גדול פי 7 ממים, 475 צבע / ס"מ.
רוצים לדעת יותר? אז בדוק את הטקסטים הבאים:
- נכסי מים
- מולקולות קוטביות ופולריות
- קשרים כימים
תופעות הנגרמות על ידי מתח פני השטח
מתח פני השטח אחראי לכמה תופעות שאנו צופים בחיי היומיום. העיקריים שבהם הם:
בעלי חיים שהולכים על מים
חרקים, עכבישים ובעלי חיים אחרים יכולים ללכת או לנוח על הכביש מים מכיוון שעל קצוות כפותיו יש שערות מצופות בחומר שומני ולכן הן אינן יכולות לחדור בין מולקולות המים המחוברות על פני השטח.
היווצרות טיפות מים
טיפות המים הן כדוריות עקב התכווצות ב מולקולות של המשטח הנגרם על ידי מתח פני השטח. הכדור מתרחש מכיוון שזו הצורה הגיאומטרית בה יש הקשר הקטן ביותר בין שטח הפנים לנפח. לכן, הצורה הכדורית שומרת על מספר מועט ביותר של מולקולות מים במגע עם האוויר.
תרגילים על מתח הפנים של המים
1. חומר פעילי שטח הוא חומר שפועל על אחר כדי לשנות:
א) אוסמולריות.
ב) מתח פנים.
ג) אלקטרופורזה.
ד) צמיגות.
ה) לחץ אוסמוטי.
חלופה נכונה: ב) מתח פני השטח.
שגוי. אוסמולריות קשורה לכמות החלקיקים המומסים הכלולים בנפח נתון של ממס.
ב) נכון. שני חומרי הניקוי והסבונים מורידים את מתח הפנים של המים ונקראים באופן כללי חומרים פעילי שטח, מכיוון שמולקולות החומרים הללו ממוקמות בין מולקולות המים ומפחיתות את המתח שטחי.
ג) לא נכון. אלקטרופורזה היא טכניקה להפרדת מולקולות על פי המטענים שלהן.
ד) שגוי. צמיגות היא מאפיין פיזי הקובע את עמידות הנוזל לזרימה.
ה) לא נכון. לחץ אוסמוטי הוא מאפיין קולגיטיבי התואם את הלחץ שיש להפעיל על מערכת כדי למנוע התרחשות אוסמוזה באופן ספונטני.
למידע נוסף על הנושאים המכוסים בגיליון זה:
- מאפייני חומר
- מאפיינים קולגטיביים
- לחץ אוסמוטי
2. מתח הפנים של הנוזלים תלוי ישירות בתהליכי אינטראקציה בין מולקולות, כמו למשל קשירת מימן. לאילו מהחומרים למטה מתח המתח הגבוה ביותר?
א) בנזן
ב) אוקטן
ג) אלכוהול אתילי
ד) פחמן טטרכלוריד
ה) חומצה אתנואית
חלופה נכונה: ה) חומצה אתנואית.
שגוי. בנזן הוא פחמימן, מולקולה לא קוטבית, ואינו יוצר קשרי מימן.
ב) לא נכון. אוקטן הוא פחמימן ולכן הוא מולקולה לא קוטבית שאינה יוצרת קשרי מימן.
ג) לא נכון. אלכוהול אתילי הוא תרכובת מעט קוטבית שיכולה ליצור קשרי מימן, אך האינטראקציה בין המולקולות מוגבלת.
ד) שגוי. פחמן טטרכלוריד הוא תרכובת אורגנית לא קוטבית ולכן אינו יוצר קשרי מימן.
ה) נכון. הקבוצה הפונקציונלית של חומצה קרבוקסילית (-COOH) יכולה ליצור קשרי מימן עם החמצן או מימן ההידרוקסיל.
למידע נוסף על הנושאים המכוסים בגיליון זה:
- קוטביות מולקולות
- פונקציות אורגניות
- פחמימנים
ניסוי מתח פנים
צפו בסרטון למטה עם ניסוי המדגים את מתח השטח של המים.
