Årsaker, eksempler, applikasjoner og eksperimenter

De overflatespenning Det er en fysisk egenskap som alle væsker som er til stede og er preget av motstanden som overflatene deres er imot enhver økning i området deres. Dette er det samme som å si at denne overflaten vil se etter det minst mulige området. Dette fenomenet fletter sammen flere kjemiske konsepter, for eksempel samhold, vedheft og intermolekylære krefter.

Overflatespenningen er ansvarlig for dannelsen av krumningene på overflaten av væskene i rørformede beholdere (graderte sylindere, søyler, testrør, etc.). Disse kan være konkave (dal buet) eller konveks (buet kuppel). Mange fysiske fenomener kan forklares med tanke på endringene som lides av overflatespenningen til en væske.

De sfæriske formene som er tatt i bruk av vanndråper på bladene skyldes delvis overflatespenningen. Kilde: Foto tatt av Flickr -bruker Tanakawho [CC av (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/2.0)]

Et av disse fenomenene er trenden som væskemolekylene må agglomerere i form av dråper, når de hviler på overflater som frastøter dem. For eksempel synker vannet som vi ser over bladene ikke våte det på grunn av bakken, hydrofobe overflaten.

Imidlertid kommer det en tid hvor tyngdekraften utøver sin rolle og dråpen blir sølt som en vannsøyle. Lignende fenomen forekommer i kvikksølvs sfæriske dråper når et termometer blir sølt.

På den annen side er overflatevannsspenningen den viktigste av alle, ettersom den bidrar og organiserer statusen til mikroskopiske legemer i vandige medier, for eksempel celler og deres lipidmembraner. I tillegg er denne spenningen ansvarlig for at vann fordamper sakte, og noen tetteste kropper som kan flyte på overflaten.

[TOC]

Årsaker til overflatespenning

Forklaringen på overflatespenningsfenomenet er på molekylært nivå. Molekylene i en væske samhandler med hverandre, slik at de er sammenhengende i sine uberegnelige bevegelser. Et molekyl samhandler med naboene ved siden av og de som er over eller under det.

Dette skjer imidlertid ikke det samme med molekylene på overflaten av væsken, som er i kontakt med luften (eller annen gass), eller med et fast stoff. Overflatemolekylene kan ikke være sammenhengende med det ytre miljøet.

Som et resultat opplever de ikke noen styrke som tiltrekker dem; Bare nede, fra naboene til det flytende medium. For å motvirke denne ubalansen, blir overflatemolekylene "presset", for bare da klarer de å overvinne kraften som skyver dem ned.

Kan tjene deg: natriumsilikat (Na2SIO3): Struktur, egenskaper, bruksområder, risiko

Deretter opprettes en overflate der molekylene er i en mer anspent avhending. Hvis en partikkel ønsker å trenge gjennom væsken, må den først krysse denne molekylære barrieren proporsjonal med overflatespenningen til nevnte væske. Det samme gjelder en partikkel som ønsker å flykte til det ytre miljøet fra væskens dyp.

Derfor oppfører overflaten seg som om det var en elastisk film som viser motstand mot deform.

Enheter

Overflatespenningen er vanligvis representert med y -symbolet, og uttrykkes i N/M -enheter, kraft etter lengde. Imidlertid er det meste av tiden enheten din er dyn/cm. Den ene kan bli den andre gjennom neste konverteringsfaktor:

1 dyn/cm = 0,001 n/m

Overflatevannspenning

Vann er Vesten og mest overraskende av alle væsker. Overflatespenningen, så vel som flere av dens egenskaper, har en uvanlig høy verdi: 72 Dyn/cm ved romtemperatur. Denne verdien kan øke til 75,64 dyn/cm, ved en temperatur på 0 ºC; eller reduser til 58,85 ºC, ved en temperatur på 100 ºC.

Disse observasjonene er fornuftige hvis det anses at molekylbarrieren er anspent enda mer ved temperaturer nær frysepunktet, eller "løsne" litt mer rundt kokepunktet.

Vann har stor overflatespenning etter hydrogenbroene. Hvis disse er beryktet i væsken, er de enda mer på overflaten. Vannmolekyler er sterkt sammenvevd ved å danne dipol-dipolo-interaksjoner av type H₂ÅH ÅH.

Vannmolekyler tiltrekker hverandre; De er knyttet sammen av hydrogenbroer

Effektiviteten av interaksjonen er slik at den vandige molekylære barrieren til og med kan opprettholde noen kropper før de synker. I delene av applikasjoner og eksperimenter vil dette punktet bli gjenopptatt.

Andre eksempler

Alle væsker har overflatespenninger, enten i mindre eller større grad enn vann, eller hvis de er rene stoffer eller løsninger. Hvor sterke og anspente er de molekylære barrierer for deres overfladiske, vil det avhenge direkte av dens intermolekylære interaksjoner, i tillegg til strukturelle og energifaktorer.

Kondenserte gasser

For eksempel samhandler gassmolekyler i flytende tilstand bare med hverandre gjennom spredende styrker i London. Dette stemmer overens med at deres overfladiske spenninger har lave verdier:

-Flytende helium, 0,37 Dyn/cm A -273 ºC

Det kan tjene deg: Ammonium Chloride (NH4CL)

-Flytende nitrogen, 8,85 Dyn/cm A -196 ºC

-Flytende oksygen, 13,2 Dyn/cm A -182 ºC

Overflatespenningen til flytende oksygen er større enn helium fordi molekylene har større masse.

Apolare væsker

Fra apolare og organiske væsker forventes de å ha høyere overflatespenninger enn for disse kondenserte gassene. Blant noen av dem har vi følgende:

-Dietileter, 17 Dyn/cm ved 20 ºC

-n-Hexano, 18.40 Dyn/cm ved 20 ºC

-n-Octane, 21,80 dyn/cm ved 20 ºC

-Toluen, 27,73 Dyn/cm ved 25 ºC

En lignende trend observeres for disse væskene: overflatespenningen økes når molekylmassene øker. Imidlertid n-Octane skal i henhold til dette ha størst overflatespenning og ikke toluen. Her spiller molekylære strukturer og geometrier.

Toluen, plan og anillares molekyler har mer effektive interaksjoner enn de av n-Octane. Derfor er overflaten til toluenen "anspent" enn overflaten til n-Octane.

Polare væsker

Å være sterkere dipol-dipol. Men det er ikke alltid tilfelle. Blant noen eksempler vi har:

-Eddiksyre, 27,60 dyn/cm ved 20 ºC

-Aceton, 23,70 dyn/cm ved 20 ºC

-Blod, 55,89 dyn/cm ved 22 ° C

-Etanol, 22,27 dyn/cm ved 20 ºC

-Glyserol, 63 dyn/cm ved 20 ºC

-Smeltet natriumklorid, 163 dyn/cm ved 650 ºC

-NaCl 6 m løsning, 82,55 dyn/cm ved 20 ºC

Smeltet natriumklorid forventes å ha enorm overflatespenning: det er en tyktflytende og ionisk væske.

På den annen side er kvikksølv en av væskene med høyeste overflatespenning: 487 dyn/cm. I den er overflaten sammensatt av sterkt sammenhengende kvikksølvatomer, mye mer enn vannmolekylene kan være.

applikasjoner

Noen insekter bruker overflatespenningen på vannet for å gå på det. Kilde: Pixabay.

Overfladisk spenning alene mangler applikasjoner. Dette betyr imidlertid ikke at det ikke er involvert i flere daglige fenomener, at hvis det ikke var det, ville de ikke skje.

For eksempel er mygg og andre insekter i stand til å gå gjennom vann. Dette er fordi deres hydrofobe ben avviser vannet, samtidig som den lille massen deres tillater dem.

Overfladisk spenning oppfyller også en rolle i væskedetting. Jo større dens overfladiske spenning, desto mindre er dens tendens til å lekke gjennom porene eller kyllingene til et materiale. I tillegg til dette er de lite nyttige væsker for å rengjøre overflater.

Kan tjene deg: nøytraliseringsreaksjon

Vaskemidler

Det er her vaskemidlene virker, reduserer overflatespenningen på vannet og hjelper det til å dekke større overflater; Mens du forbedrer din avfettingshandling. Ved å redusere den overfladiske spenningen, rommer den luftmolekyler, som bobler dannes.

Emulsjoner

På den annen side er lave høyere spenninger knyttet til stabilisering av emulsjoner, veldig viktig i formuleringen av forskjellige produkterområde.

Enkle eksperimenter

Metallklipp flytende på grunn av overflatevannsspenning. Kilde: Alvesgaspar [CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

Endelig vil noen eksperimenter som kan gjøres i ethvert hjemlige rom, bli sitert.

Klippeksperiment

I et glass med kaldt vann plasseres et metallisk klipp på overflaten. Som sett i det øvre bildet, vil klippet forbli flytende takket være overflatespenningen på vannet. Men hvis en liten lava loza blir lagt til glasset, vil overflatespenningen avta dramatisk og klippet plutselig vil synke.

Papirbåt

Hvis vi har et papirskip eller en trepalett, og hvis du vasker det lille eller vaskemiddelet, tilsettes det i hodet på en vattpinne, vil et interessant fenomen oppstå: det vil være en frastøtning som vil spre dem mot kantene av glasset. Papirskipet og trepaletten vil bevege seg bort fra vattpinnen smurt med vaskent.

Et annet lignende og mer grafisk eksperiment er å gjenta den samme operasjonen, men i en bøtte med vann sprayet med svart pepper. De svarte pepperpartiklene vil bevege seg bort og overflaten vil gå fra pepper til å være krystallinsk, med kantene i kantene.

Referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). Cengage Learning.
2. Wikipedia. (2020). Overflatespenning. Hentet fra: i.Wikipedia.org
3. USGS. (s.F.). Overflatespenning og vann. Hentet fra: USGS.Gov
4. Jones, Andrew Zimmerman. (12. februar 2020). Overflatespenning - definisjon og eksperimenter. Gjenopprettet fra: Thoughtco.com
5. Susanna Lauren. (15. november 2017). Hvorfor er overflatespenning viktig? Biolin vitenskapelig. Gjenopprettet fra: blogg.Biolinscientific.com
6. Rookie Parenting Science. (7. november 2019). Hva er overflatespenning | Kult vitenskapseksperiment. Gjenopprettet fra: rookieparenting.com
7. Jessica Mock. (2020). Eksperiment for overflatespenning. Studere. Gjenopprettet fra: Studie.com
8. Barnet skal se dette. (2020). Syv overflatespenningseksperimenter - Fysikkjente. Gjenopprettet fra: thekidshouldseethis.com