Napięcie powierzchniowe to zjawisko występujące na powierzchni cieczy, np. wody, tworzące cienką warstwę.
Kiedy woda w stanie ciekłym zajmuje pojemnik, możemy dostrzec oddzielenie cieczy od otoczenia. Dzieje się tak, ponieważ oddziaływanie między cząsteczkami wody na powierzchni różni się od oddziaływań wewnątrz cieczy.
Na powierzchni cząsteczka wody oddziałuje z cząsteczkami po bokach i pod nią. Wewnątrz cząsteczka jest otoczona innymi cząsteczkami i zachodzi oddziaływanie we wszystkich kierunkach poprzez wiązania wodorowe.
To właśnie z powodu tej właściwości obserwujemy zjawisko tworzenia się kropli. Z tego powodu owady mogą również chodzić po wodzie.
Co to jest napięcie powierzchniowe?
Jest to tworzenie cienkiej warstwy pod cieczą z powodu nierówności przyciągania między cząsteczkami, które ją tworzą. Zjawisko to występuje wyraźniej w cieczach, które mają: siły międzycząsteczkowe intensywny jak woda.
Oddziaływania między gatunkami w cieczy nazywane są siłami kohezyjnymi. Podczas gdy cząsteczki wewnątrz cieczy są przyciągane do sąsiednich cząsteczek we wszystkich kierunkach, cząsteczki na powierzchni oddziałują z cząsteczkami znajdującymi się pod nimi i obok nich.
Zobacz, jak napięcie powierzchniowe występuje w wodzie.
Woda (H2O) jest cząsteczką polarną utworzoną przez 2 atomy wodoru (bieguny dodatnie) i jeden atom tlenu (biegun ujemny) połączone wiązania kowalencyjne. Dodatni biegun cząsteczki jest przyciągany przez ujemny biegun sąsiedniej cząsteczki, tworząc wiązania wodorowe.
Ten rodzaj oddziaływania w cieczy jest rozprowadzany we wszystkich kierunkach. Na powierzchni siły skierowane są w dół i na boki, ponieważ nad nimi nie ma cząsteczek wody. To sprawia, że cząsteczki powierzchni są bardziej spójne i tworzą elastyczną powłokę.
Jednostką napięcia powierzchniowego jest iloraz jednostki siły i jednostki długości, przy czym najczęściej przyjmuje się dynę/centymetr (dynę/cm) i niuton/metr (N/m).
Woda ma wysokie napięcie powierzchniowe, którego wartość wynosi 72,75 dyn/cm. Jednak rtęć, ciekły metal, ma napięcie powierzchniowe około 7 razy większe niż woda, 475 dyn/cm.
Chcieć wiedzieć więcej? Sprawdź więc następujące teksty:
- Właściwości wody
- Cząsteczki polarne i apolarne
- Wiązania chemiczne
Zjawiska spowodowane napięciem powierzchniowym
Napięcie powierzchniowe odpowiada za niektóre zjawiska, które obserwujemy w życiu codziennym. Najważniejsze z nich to:
Zwierzęta, które chodzą po wodzie
Owady, pająki i inne zwierzęta mogą chodzić lub odpoczywać na woda ponieważ na końcach jego łap znajdują się włosy pokryte tłustą substancją i dlatego nie mogą one przeniknąć między cząsteczkami wody, które są połączone na powierzchni.
Powstawanie kropelek wody
Kropelki wody są kuliste ze względu na kurczenie się w molekuły powierzchni spowodowane napięciem powierzchniowym. Kula występuje, ponieważ jest to kształt geometryczny, w którym występuje najmniejsza relacja między powierzchnią a objętością. Dlatego kulisty kształt utrzymuje najmniejszą liczbę cząsteczek wody w kontakcie z powietrzem.
Ćwiczenia na napięcie powierzchniowe wody
1. Środek powierzchniowo czynny to substancja, która oddziałuje na inną, zmieniając:
a) Osmolarność.
b) Napięcie powierzchniowe.
c) Elektroforeza.
d) Lepkość.
e) Ciśnienie osmotyczne.
Prawidłowa alternatywa: b) Napięcie powierzchniowe.
Źle. Osmolarność jest związana z ilością cząstek substancji rozpuszczonej zawartych w danej objętości rozpuszczalnika.
b) PRAWIDŁOWE. Zarówno detergenty, jak i mydła obniżają napięcie powierzchniowe wody i są ogólnie nazywane surfaktanty, ponieważ cząsteczki tych materiałów są umieszczone pomiędzy cząsteczkami wody i zmniejszają napięcie powierzchowny.
c) ŹLE. Elektroforeza to technika rozdzielania cząsteczek według ich ładunków.
d) ŹLE. Lepkość to właściwość fizyczna, która określa opór przepływu płynu.
e) ŹLE. Ciśnienie osmotyczne jest właściwością koligatywną, która odpowiada ciśnieniu, które musi być wywierane na system, aby zapobiec samoistnemu wystąpieniu osmozy.
Dowiedz się więcej o problemach poruszonych w tym numerze:
- Właściwości materii
- Właściwości koligatywne
- Ciśnienie osmotyczne
2. Napięcie powierzchniowe cieczy zależy bezpośrednio od procesów interakcji między cząsteczkami, takich jak np. wiązania wodorowe. Która z poniższych substancji ma najwyższe napięcie powierzchniowe?
a) benzen
b) oktan
c) alkohol etylowy
d) czterochlorek węgla
e) kwas etanowy
Właściwa alternatywa: e) kwas etanowy.
Źle. Benzen jest węglowodorem, cząsteczką niepolarną i nie tworzy wiązań wodorowych.
b) ŹLE. Oktan jest węglowodorem, a zatem jest niepolarną cząsteczką, która nie tworzy wiązań wodorowych.
c) ŹLE. Alkohol etylowy jest związkiem lekko polarnym, który może tworzyć wiązania wodorowe, ale interakcja między cząsteczkami jest ograniczona.
d) ŹLE. Tetrachlorek węgla jest niepolarnym związkiem organicznym i dlatego nie tworzy wiązań wodorowych.
e) PRAWIDŁOWE. Grupa funkcyjna kwasu karboksylowego (-COOH) może tworzyć wiązania wodorowe z tlenem lub wodorem hydroksylowym.
Dowiedz się więcej o problemach poruszonych w tym numerze:
- Polaryzacja cząsteczek
- Funkcje organiczne
- Węglowodory
eksperyment napięcia powierzchniowego surface
Obejrzyj poniższy film z eksperymentem, który pokazuje napięcie powierzchniowe wody.
