Oppervlaktespanning is een fenomeen dat optreedt op het oppervlak van vloeistoffen, zoals water, waarbij een dunne film wordt gevormd.
Wanneer water, in vloeibare toestand, een container inneemt, kunnen we de scheiding tussen de vloeistof en de omgeving waarnemen. Dit komt omdat de interactie tussen watermoleculen aan het oppervlak anders is dan de interacties in de vloeistof.
Op het oppervlak interageert een watermolecuul met moleculen aan de zijkanten en eronder. Binnenin is een molecuul omgeven door andere moleculen en is er interactie in alle richtingen via waterstofbruggen.
Het is vanwege deze eigenschap dat we het fenomeen van de vorming van een druppel waarnemen. Hierdoor is het voor insecten ook mogelijk om op water te lopen.
Wat is oppervlaktespanning?
Het is de vorming van een dunne film onder een vloeistof vanwege de ongelijkheid van aantrekkingen tussen de moleculen waaruit het bestaat. Dit fenomeen doet zich duidelijker voor bij vloeistoffen die: intermoleculaire krachten intens, als water.
Interacties tussen soorten in een vloeistof worden cohesiekrachten genoemd. Terwijl moleculen in een vloeistof in alle richtingen worden aangetrokken door naburige moleculen, interageren moleculen aan het oppervlak met moleculen eronder en ernaast.
Zie hoe oppervlaktespanning optreedt in water.
Het water (H2O) is een polair molecuul gevormd door 2 waterstofatomen (positieve polen) en één zuurstofatoom (negatieve pool) verbonden door covalente bindingen. De positieve pool van een molecuul wordt aangetrokken door de negatieve pool van het naburige molecuul, waardoor waterstofbruggen worden gevormd.
Dit type interactie in de vloeistof wordt in alle richtingen verdeeld. Aan de oppervlakte zijn de krachten naar beneden en zijwaarts gericht, omdat er boven geen watermoleculen zijn. Dit maakt de oppervlaktemoleculen meer samenhangend en creëert een elastische film.
De oppervlaktespanningseenheid wordt gegeven door het quotiënt tussen de eenheid van kracht en lengte-eenheid, waarbij dyne/centimeter (dyne/cm) en newton/meter (N/m) het meest gebruikt worden.
Water heeft een hoge oppervlaktespanning, waarvan de waarde 72,75 dyne/cm is. Kwik, een vloeibaar metaal, heeft echter een oppervlaktespanning die ongeveer 7 keer groter is dan die van water, namelijk 475 dyne/cm.
Wil meer weten? Check dus de volgende teksten:
- Watereigenschappen
- Polaire en apolaire moleculen
- Chemische bindingen
Verschijnselen veroorzaakt door oppervlaktespanning
Oppervlaktespanning is verantwoordelijk voor sommige fenomenen die we in het dagelijks leven waarnemen. De belangrijkste zijn:
Dieren die over water lopen
Insecten, spinnen en andere dieren kunnen lopen of rusten op de Water omdat er aan de uiteinden van zijn poten haren zitten die bedekt zijn met een vettige substantie en daarom kunnen ze niet doordringen tussen de watermoleculen die aan het oppervlak zijn verbonden.
Vorming van waterdruppels
De waterdruppels zijn bolvormig door de samentrekking in de moleculen van het oppervlak veroorzaakt door oppervlaktespanning. De bol ontstaat omdat dit de geometrische vorm is waarin de kleinste relatie tussen oppervlakte en volume bestaat. Daarom houdt de bolvorm het minste aantal watermoleculen in contact met de lucht.
Oefeningen op oppervlaktespanning van water
1. Een oppervlakteactieve stof is een stof die op een andere inwerkt om te veranderen:
a) Osmolariteit.
b) Oppervlaktespanning.
c) Elektroforese.
d) Viscositeit.
e) Osmotische druk.
Correct alternatief: b) Oppervlaktespanning.
een fout. Osmolariteit is gerelateerd aan de hoeveelheid opgeloste deeltjes die zich in een bepaald volume oplosmiddel bevinden.
b) JUIST. Zowel wasmiddelen als zepen verlagen de oppervlaktespanning van water en worden in het algemeen aangeduid als: oppervlakteactieve stoffen, omdat de moleculen van deze materialen tussen de watermoleculen worden geplaatst en de spanning verminderen oppervlakkig.
c) FOUT. Elektroforese is een techniek om moleculen te scheiden op basis van hun lading.
d) FOUT. Viscositeit is een fysieke eigenschap die de stromingsweerstand van een vloeistof bepaalt.
e) FOUT. Osmotische druk is een colligatieve eigenschap die overeenkomt met de druk die op een systeem moet worden uitgeoefend om te voorkomen dat osmose spontaan optreedt.
Meer informatie over de problemen die in dit nummer worden behandeld:
- Materie eigenschappen
- Colligatieve eigenschappen
- Osmotische druk
2. De oppervlaktespanning van vloeistoffen is direct afhankelijk van interactieprocessen tussen moleculen, zoals waterstofbruggen. Welke van onderstaande stoffen heeft de hoogste oppervlaktespanning?
a) benzeen
b) octaan
c) ethylalcohol
d) tetrachloorkoolstof
e) ethaanzuur
Correct alternatief: e) ethaanzuur.
een fout. Benzeen is een koolwaterstof, een niet-polair molecuul en maakt geen waterstofbruggen.
b) FOUT. Octaan is een koolwaterstof en daarom is het een niet-polair molecuul dat geen waterstofbruggen maakt.
c) FOUT. Ethylalcohol is een enigszins polaire verbinding die waterstofbruggen kan vormen, maar de interactie tussen de moleculen is beperkt.
d) FOUT. Tetrachloorkoolstof is een niet-polaire organische verbinding en maakt daarom geen waterstofbruggen.
e) JUIST. De functionele carbonzuurgroep (-COOH) kan waterstofbruggen maken met de zuurstof of de hydroxylwaterstof.
Meer informatie over de problemen die in dit nummer worden behandeld:
- Polariteit van moleculen
- Organische functies
- Koolwaterstoffen
oppervlaktespanning experiment
Bekijk de onderstaande video met een experiment dat de oppervlaktespanning van water aantoont.
