Co to jest napięcie powierzchniowe wody ?

Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazem lub inną cieczą, dzięki któremu powierzchnia ta zachowuje się jak sprężysta błona. Napięciem powierzchniowym nazywa się również wielkość fizyczną ujmującą to zjawisko ilościowo: jest to energia przypadająca na jednostkę powierzchni, lub praca potrzebna do rozciągnięcia powierzchni o tę jednostkę. Przyczyną istnienia napięcia powierzchniowego są siły przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Napięcie powierzchniowe na granicy dwóch faz termodynamicznych (np. dwóch niemieszających się ze sobą cieczy) nazywane jest również napięciem międzyfazowym. Wysokie napięcie powierzchniowe na granicy faz A i B oznacza, że siły spójności (kohezji) wewnątrz faz A-A i B-B są większe niż siły przylegania (adhezji) na granicy faz A-B.

Efekty:

  • Współistnienie sił napięcia powierzchniowego, sił przylegania oraz grawitacji prowadzi do powstawania menisku: powierzchnia cieczy w sąsiedztwie ścianki zbiornika ulega zakrzywieniu. W dużych zbiornikach menisk stanowi zaledwie niewielką część powierzchni cieczy, jednak w przypadku cienkich rurek, nazywanych kapilarami, może prowadzić do podniesienia się lub obniżenia słupa cieczy na znaczną (znacznie większą od średnicy kapilary) wysokość . Te same siły warunkują również kształt wiszącej kropli cieczy, kropli oleju na powierzchni wody, a także kształty cienkich błon cieczy w pianach lub bańkach mydlanych.
  • Współistnienie sił napięcia powierzchniowego, grawitacji i sił aerodynamicznych nadaje kształt spadającym w powietrzu kroplom deszczu. Pod nieobecność dodatkowych sił (np. w warunkach nieważkości), nieruchoma kropla cieczy (niezależnie od wielkości) przybrałaby kształt kuli, gdyż spośród wszystkich możliwych brył charakteryzuje się on najmniejszym możliwym stosunkiem powierzchni bocznej do objętości.
  • Innym efektem napięcia powierzchniowego jest utrudnione zanurzanie w cieczy ciał niepodatnych na zwilżanie tą cieczą lub utrudnione odrywanie się od powierzchni cieczy ciał przez tę ciecz zwilżanych. Znaczenie tych efektów jest niewielkie w przypadku dużych obiektów, ponieważ ich ciężar, proporcjonalny do trzeciej potęgi rozmiarów, jest znacznie większy od sił napięcia powierzchniowego, proporcjonalnych wprost do rozmiaru ciała. Jednak niewielkie przedmioty mogą dzięki napięciu powierzchniowemu utrzymywać się na powierzchni cieczy, mimo, iż utonęłyby po zanurzeniu. Przykładowo, nartniki utrzymują się dzięki napięciu powierzchniowemu na powierzchni cieczy, i dzięki temu mogą poruszać się znacznie szybciej (z mniejszymi oporami), niż gdyby były zanurzone.

Fizyczny opis zjawiska:

Miarą napięcia powierzchniowego jest praca, jaką trzeba wykonać, by utworzyć jednostkową powierzchnię cieczy, co można wyrazić wzorem:

 gamma = frac{Delta W}{Delta S} (jednostką w SI J/m2).

gdzie:

γ (używa się też oznaczenia σ) – napięcie powierzchniowe,
ΔW – praca potrzebna do utworzenia powierzchni ΔS,
ΔS – pole powierzchni.

Powyższy wzór jest równoważny:

 gamma = frac{F}{l} (jednostką w SI N/m = J/m2).

gdzie:

F – siła napięcia powierzchniowego działająca równolegle do powierzchni cieczy, dążąca do zmniejszenia powierzchni cieczy,
l – długość odcinka na którym działa siła.

Wzór ten odpowiada definicji napięcia powierzchniowego: Napięciem powierzchniowym γ nazywa się siłę styczną do powierzchni cieczy, działającą na jednostkę długości obrzeża powierzchni cieczy.

Wpływ związków powierzchniowo czynnych

Napięcie powierzchniowe na granicy dwóch faz może być zmniejszone poprzez dodanie do nich substancji powierzchniowo czynnych, tzw. surfaktantów. Surfaktantami są m.in. mydła, emulgatory oraz detergenty. Cząsteczki surfaktantów gromadzą się na granicy faz ułatwiając ich kontakt. Są one zbudowane z dwóch części, z których każda odpowiada za łatwe mieszanie się z odrębną fazą. Przykładowo, cząsteczka surfaktantu zmniejszającego napięcie międzyfazowe na granicy wody i oleju musi zawierać część hydrofilową, ułatwiającą kontakt z wodą, oraz część hydrofobową, łatwo przylegającą do niepolarnego oleju.

Jedną z ważniejszych wielkości opisujących roztwór substancji powierzchniowo czynnej jest nadmiar powierzchniowy.

 

Czas na mały eksperyment:

Udowodnimy napięcie powierzchniowe wody.

Potrzebujemy:

  • Szklanki z wodąSzklanka Wody

 

  • ŻyletkaŻyletka
  • Płyn do naczyń( może być też mydło lub szampon)Płyn do naczyń

Na wszelki wypadek miejcie przy sobie łyżkę.

 

Zaczynamy:

  • Do szklanki z wodą włóżcie żyletkę ( jak napewno zauważyliście żyletka unosi się nad powierzchnią wody jest to działanie napięcia powierzchniowego wody)SAM_0206
  • Do wody z żyletką dodajemy detergent ( płyn do mycia naczyń, mydło, szampon)(lekko wymieszać)
  • SAM_0207
  •  Detergent powinien przerwać napięcie przez co żyletka utonełaSAM_0210

Tak można udowodnić istnienie napięcia powierzchniowego wody.

 

 

Zdjęcia: Aleksandra Godzik

Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Napi%C4%99cie_powierzchniowe

Pomysłodawca Eksperymentu: Pani Wiesława Jaśkiewicz nauczycielka chemii

 Aleksandra Godzik

Ten wpis opublikowano w kategoriach: egzamin gimnazjalny, odkrywanie, Strony warte odwiedzenia, Szkoła z Klasą 2.0 - edycja 2014/15, tablica interaktywna z tagami: , , . Dodaj do zakładek ten link.

3 Responses to Co to jest napięcie powierzchniowe wody ?

  1. monikakubica powiedział:

    Ola, świetny wpis :) Cieszę się, że jesteś z nami!
    monikakubica ostatnio opublikował…Ile lat ma każdy z nich? czyli mój sposób na rozwiązywanie tego typu zadań tekstowychMy Profile

  2. Anais powiedział:

    Świetny poradnik! Bardzo pomocny i fajnie opisane doświadczenie! :-)
    Zapraszam również do Nas: http://blogiceo.nq.pl/wszkolezklasa20/

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*

Możesz użyć następujących tagów oraz atrybutów HTML-a: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

CommentLuv badge