Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. Поверхностное натяжение различных жидкостей неодинаково, оно зависит от их мольного объёма, полярности молекул, способности молекул к образованию водородной связи между собой и др. Значение коэффициента поверхностного натяжения зависит от вида жидкости и ее температуры, то есть с увеличением температуры жидкости коэффициент его поверхностного натяжения уменьшается и при критической температуре равен нулю. Главная» Новости» Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости.
Вода с низким поверхностным натяжением
Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и от ее температуры: с повышением температуры оно уменьшается. Почему поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости? Попытаемся выяснить, как поверхностное натяжение зависит от рода жидкости, наличия примесей, температуры. Получи верный ответ на вопрос Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости? Например, из-за сил поверхностного натяжения формируется капля, лужица, струя и т.д. Летучесть (испаряемость) жидкости тоже зависит от сил сцепления молекул. Зависимость поверхностного натяжения от температуры Плотность газа и жидкости в критической точке.
ПОЧЕМУ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ РОДА ЖИДКОСТИ
| Поверхностное натяжение воды. НПК. | Образовательная социальная сеть | Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости и той среды, с которой она граничит, наличия растворённых в жидкости других веществ и от её температуры (таблица 1). Повышение температуры жидкости, добавление в неё так называемых поверхностно-активных веществ. |
| Как можно объяснить поверхностное натяжение жидкостей? | Главная» Новости» Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости. |
| Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? - Физика | Поверхностное натяжение – порыв жидкости уменьшить собственную свободную поверхность, то есть сократить избыток потенциальной энергии на границе разъединения с газообразной фазой. |
| Урок 21. Лабораторная работа № 05. Измерение поверхностного натяжения жидкости (отчет) | По причине воздействия сил поверхностного натяжения на капли жидкости и их действия внутри мыльных пузырей появляется некоторое избыточное давление. |
| Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение | Поверхностное натяжение жидкости зависит от. Причины поверхностного натяжения. |
Загадки поверхностного натяжения: почему жидкость любит себя?
Они создают взаимодействие между собой, возникает натяжение. Жидкости стремятся принять форму, которая требует минимальной площади поверхности. Силы поверхностного натяжения Силы поверхностного натяжения работают вдоль поверхности жидкости перпендикулярно контуру. Сокращают ее площадь. Это похоже на пленку, которая стягивает объем. На сам объем силы не оказывают влияние.
Смачивание и капиллярный эффект Давайте посмотрим, как влияет смачивание на капиллярный эффект. Напомню, что чем меньше диаметр капилляра, тем эффект заметнее. Если в сообщающиеся сосуды разного диаметра вливать воду, то наибольшая высота жидкости будет соответствовать трубке с наименьшим диаметром.
Так происходит потому, что вода смачивает поверхность стекла, и капиллярный эффект направлен на подъем жидкости. А вот если наливать ртуть, которая не смачивает поверхность стекла, то получим ровно обратную картину - высота жидкостного столбика будет наибольшей в трубке с наибольшим диаметром. Причина такого поведения довольно проста.
Молекулы воды сильнее притягиваются к стеклу, чем к друг другу, поэтому капиллярный эффект в них направлен на подъем жидкости. Чем уже капилляр, тем подъем выше. Молекулы же ртути притягиваются сильнее друг к другу, поэтому они сопротивляются подъему и тем сильнее, чем уже капилляр.
Обратите внимание, что во всех случаях из-за капиллярного эффекта нарушается закон сообщающихся сосудов, согласно которому вне зависимости от формы сосуда жидкость должна находиться на одинаковой высоте. Жидкости с разным поверхностным натяжением Очень простой и симпатишный опыт. Если поверхность воды засыпать пыльцой и поднести к пыльце на небольшое расстояние ватку с эфиром, то мы увидим, что пыльца отталкивается от ватки, как будто маленькие магнитики от большого магнита.
Объяснение предлагаю такое. При поднесении ватки эфир образует на поверхности воды тонкую пленку, которая ослабляет натяжение коэффициент поверхностного натяжения эфира в несколько раз меньше по сравнению с водой. После отклонения палочки с ваткой пленка испаряется, и пыльца возвращается на место.
Поскольку эфир уменьшает коэффициент поверхностного натяжения, то на границе вода-эфир натяжение меньше, чем на границе вода-воздух, и большие силы стягивают пыльцу к краям. Так происходит из-за того, что вода натянута сильнее, чем мыльный раствор. Перетягивание жидкостной пленки на другой контур Натянутую на контур жидкость довольно легко разорвать, поскольку она ведет себя как тонкая пленка.
Обычно с увеличением температуры коэффициент поверхностного натяжения у жидкостей снижается. Это связано с увеличением средней кинетической энергии молекул и усилением их движения. Более активные молекулы могут преодолеть силы межмолекулярного взаимодействия и слабее притягиваться друг к другу. В результате, сила на единицу длины на поверхности жидкости уменьшается, что приводит к снижению коэффициента поверхностного натяжения. Выводы Коэффициент поверхностного натяжения зависит от ряда факторов, включая род жидкости, наличие примесей и температуру. Знание этих зависимостей позволяет не только более глубоко понять поведение жидкостей на границе раздела фаз, но и применять их в реальной жизни.
Если известно поверхностное натяжение совершенно чистого состава, любое отклонение от этого выявит некоторый уровень загрязнения. Это может показаться абстрактным приложением поверхностного натяжения, но оно показывает, как даже самые простые вещи могут оказать наибольшее влияние в науке. Интересно, что влияние примесей на поверхностное натяжение было впервые обнаружено Агнес Поккельс - женщиной, увлеченной физикой, но лишенной доступа к образованию. Как упоминалось ранее, поверхностное натяжение важно для водомерок, одного из немногих существ, которые могут перемещаться по поверхности воды, не падая внутрь. Это явление происходит потому, что ноги водомерки «не смачиваются», то есть ноги водомерки отталкивают воду и захватывать воздух, позволяя им существенно вдавливать поверхность воды, не нарушая ее. Волосы также увеличивают площадь поверхности водяных струй, что означает, что на поверхность воды воздействует меньшее усилие. Это ошеломляющее сочетание тонкой силы и идеальной адаптации. Однако, что наиболее важно, и то, что мало кто осознает, поверхностное натяжение позволяет вещам плавать, от листьев и семян до молекул и белков.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Узкие трубочки называются капиллярными или волосными. При погружении такой трубочки одним концом в широкий сосуд в широкий сосуд происходит следующее: если жидкость смачивает стенки трубки, то она поднимется над уровнем жидкости в сосуде и притом тем выше, чем уже трубка; если жидкость не смачивает стенки, то наоборот уровень жидкости в трубке устанавливается ниже, чем в широком сосуде. Изменение высоты уровня жидкости в узких трубках или зазорах получило название капиллярности. В широком смысле под капиллярными явлениями понимают все явления, обусловленные существованием поверхностного натяжения. Высота поднятия жидкости в капиллярных трубках зависит от радиуса канала в трубке, поверхностного натяжения и плотности жидкости. Между жидкостью в капилляре и в широком сосуде устанавливается такая разность уровней h, чтобы гидростатическое давление rgh уравновешивало капиллярное давление: где s - поверхностное натяжение жидкости R — радиус капилляра. Высота поднятия жидкости в капилляре пропорциональна ее поверхностному натяжению и обратно пропорциональна радиусу канала капилляра и плотности жидкости закон Жюрена Почему мыльные пузыри круглые, а водомерки не тонут? Все это следствия одного и того же физического явления, без которого вода не была бы водой. Как будто жидкость заключена в упругую пленку, которая стремится сжать свое содержимое.
Это позволяет веществу сохранять объем но не форму , и этот объем ограничивается поверхностью жидкости. Эти вторые значительно меньше первых, поэтому равнодействующая сила притяжения направлена внутрь жидкости, что способствует удержанию молекулы на поверхности. Поверхностное натяжение — это величина, которая показывает стремление жидкости сократить свою свободную поверхность, то есть уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с газообразной фазой. Чем больше площадь поверхности жидкости, тем больше молекул, которые обладают избыточной потенциальной энергией, и тем больше поверхностная энергия. Коэффициент поверхностного натяжения — это физическая величина, которая характеризует данную жидкость и численно равна отношению поверхностной энергии к площади свободной поверхности жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения не зависит от площади свободной поверхности жидкости, хотя может быть рассчитан с ее помощью. Если на жидкость не действуют другие силы или их действие мало, жидкость будет стремиться принимать форму сферы, как капля воды или мыльный пузырь. Так же ведет себя вода в невесомости.
Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, стягивающие эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Например, их добавляют в жидкие средства для посудомоечных машин. Попадая в поверхностный слой воды, молекулы таких реагентов заметно ослабляют силы поверхностного натяжения, вода не собирается в капли и не оставляет на поверхности пятен после высыхания. Каким усилием можно оторвать кольцо от раствора? Температуру раствора считать комнатной. Масса кольца 7 г. Решение На кольцо действуют сила тяжести, сила поверхностного натяжения и внешняя сила, с которой отрывают кольцо от раствора.
Так как кольцо соприкасается с раствором и внешней и внутренней сторонами, то сила поверхностного натяжения удваивается: Контур, ограничивающий поверхность жидкости, имеет форму окружности. Важность поверхностного натяжения Выше мы уже показали, что поверхностное натяжение встречается в повседневной жизни достаточно часто. Но на самом деле оно встречается еще чаще! В некоторых отраслях промышленности поверхностное натяжение используют как простой показатель загрязнения продуктов. Поскольку оно определяется на молекулярном уровне, любое изменение компонентов вещества может привести к изменению этого показателя. То есть если мы знаем, каким должно быть поверхностное натяжение совершенно чистого вещества, то по отклонению от этой нормы мы можем установить уровень его загрязнения. Не только человек, но и представители живой природы используют физические явления в своих целях. Например, за счет поверхностного натяжения насекомые водомерки могут перемещаться по водной глади, не промочив лапки.
Конечности водомерки отталкивают воду и захватывают воздух, что позволяет насекомым продавливать поверхность воды, не нарушая ее. За счет поверхностного натяжения возникает такое любопытное явление, как ламинарное течение. Это упорядоченный режим течения вязкой жидкости или газа, при котором соседние слои жидкости не перемешиваются. Выглядит ламинарная струя так, как будто вода застыла. И это еще не все: поверхностное натяжение позволяет предметам плавать, благодаря ему выживают и развиваются экосистемы, и даже состав воды стабилен только за счет этого явления. Без него вода бы постоянно находилась на границе двух агрегатных состояний: испарялась и вновь конденсировалась, так как молекулы легко выскакивали бы с ее поверхности. Путь и перемещение велосипедиста за 1 мин соответственно равны 1. Классификацию галактик Хаббла часто называют камертонной.
Поясните причину такого названия. Определите, какой промежуток времени требуется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магеллановы Облака в поперечнике Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику Зарегистрироваться 15—17 марта 2022 г. Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель. Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. Поверхностное натяжение можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод отрыва капель. Опыт осуществляют со шприцом, в котором находится исследуемая жидкость.
Заказать решение задач по физике Где проявляется поверхностное натяжение В жизни вы постоянно сталкиваетесь с проявлениями сил поверхностного натяжения. Так, благодаря ему на поверхности воды удерживаются легкие предметы рис. Монетка удерживается на поверхности воды благодаря силе поверхностного натяжения. Чтобы провести такой опыт, монетку нужно потереть между пальцев и осторожно опустить на поверхность воды. Когда вы ныряете, ваши волосы расходятся во все стороны, но как только вы окажетесь над водой, волосы слипнутся, так как в этом случае площадь свободной поверхности воды намного меньше, чем при раздельном расположении прядей в воде. По этой же причине можно лепить фигуры из влажного песка: вода, обволакивая песчинки, прижимает их друг к другу. Капля удерживается около небольшого отверстия до тех пор, пока сила поверхностного натяжения уравновешивает силу тяжести Стремлением жидкости уменьшить площадь поверхности объясняется и тот факт, что в условиях невесомости вода принимает форму шара, — при заданном объеме шарообразной форме соответствует наименьшая площадь поверхности.
Форму шара приобретают тонкие мыльные пленки мыльные пузыри. Поверхностным натяжением объясняется образование пены: пузырек газа, достигнув поверхности жидкости, имеет над собой тонкий слой жидкости; если пузырек мал, то архимедовой силы недостаточно, чтобы разорвать двойной поверхностный слой, и пузырек «застревает» вблизи поверхности. Благодаря поверхностному натяжению жидкость не выливается из маленького отверстия тоненькой струйкой, а капает рис. Почему одни жидкости собираются в капли, а другие растекаются Наличие сил поверхностного натяжения проявляется в сферической форме мелких капелек росы, в каплях воды, разбегающихся по раскаленной плите, в капельках ртути на поверхности стекла. Однако при соприкосновении с твердым телом сферическая форма капли, как правило, не сохраняется. Форма свободной поверхности жидкости зависит также от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости больше, чем силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела, жидкость не смачивает поверхность твердого тела рис.
Например, ртуть не смачивает стекло, а вода не смачивает покрытую сажей поверхность. Капля несмачивающей жидкости принимает форму, близкую к сферической, а поверхность жидкости вблизи стенки сосуда является выпуклой Если же капельку ртути поместить на цинковую пластину, то капелька будет стремиться растечься по поверхности пластины; так же ведет себя и капелька воды на стекле рис.
А мы знаем, что в разных точках Земли ускорение свободного падения различно. Реальное ускорение свободного падения на поверхности Земли зависит от широты, времени суток и других факторов. Изменится ли результат вычисления, если диаметр капель трубки будет меньше? Изменение диаметра трубки не может приводить к изменению измеряемой величины. Для определения поверхностного натяжения используется формула. По рисунку видно, что уменьшение диаметра трубки компенсируется уменьшением массы капли, а поверхностное натяжение, естественно, останется тем же. Почему следует добиваться медленного падения капель?
Но стоит перенести методы этой медицины на нашу жесткую воду и результаты станут не столь впечатляющими. Из всего сказанного мы можем сделать по крайней мере два вывода, что качество питьевой воды в первую очередь зависит от ее химического состава и об этом никогда не следует забывать, как бы нас ни убаюкивали всевозможными околоводными прилагательными, вроде родниковой, экологически чистой, кристально чистой, небесной или просто минеральной. А второй вывод заключается в том, что вода обладает непомерно большим поверхностным натяжением и это в общем неблагоприятно сказывается на нашем здоровье, а поэтому следует по возможности понижать его, а точнее — следует уменьшать число водородных связей в воде. Но чем благоприятно для организма человека уменьшение числа водородных связей в воде или ослабление этих связей? Я боюсь, что уже утомил читателей этой главой, а поэтому хочу побыстрее ее закончить. В этой главе мы кратко выяснили, что собой представляют водородные связи, какое влияние они оказывают на поверхностное натяжение воды. А по величине поверхностного натяжения можно судить и о величине водородных связей. Поэтому мы будем; знать, что, уменьшая величину поверхностного натяжения воды, мы одновременно уменьшаем и величину водородных связей. И что же нам дает уменьшение величины водородных связей? Прежде всего, чем прочнее водородные связи, тем выше вязкость воды. Стоит ли говорить как важно для нашей кровеносной системы иметь менее вязкую кровь? Мы уже знаем, что добавление в воду этилового спирта понижает поверхностное натяжение получающейся смеси. Точно так же мы можем подкислить воду одной из органических кислот и тоже получим пониженное поверхностное натяжение такой воды. То есть добавлением в воду спирта или органической кислоты мы уменьшаем число водородных связей между молекулами воды, вследствие чего понижается ее вязкость. А если перевести все это на кровь, то точно таким же способом можно понизить и вязкость крови. Именно вязкость крови нас прежде всего и должна интересовать при рассмотрении водородных связей. Каким же образом этиловый спирт и органические кислоты могут снижать поверхностное натяжение воды? Одной из причин является внедрение крупных молекул спирта или кислоты между молекулами воды. Но у кислот имеется еще и другое специфическое свойство — они увеличивают концентрацию ионов водорода в воде, которые и прерывают многие водородные связи между молекулами воды. Как это происходит? Ионы водорода, находящиеся в воде, называют гидратированными ионами, так как вода очень энергично взаимодействует с такими ионами. По сути мы не найдем в воде одиноких ионов водорода — вокруг каждого из них располагается четыре молекулы воды, причем атомы кислорода притянуты к этому иону водорода, а на внешней оболочке такого комплекса находятся восемь атомов водорода, несущих положительный заряд. Ясно, что водородных связей между такими комплексами уже нет. Этот ион называется ионом гидроксония. Атом кислорода в таком ионе окружен тремя эквивалентными атомами водорода.
Что такое поверхностное натяжение?
Однако на поверхности, где над жидкостью находится только воздух, молекулы притягиваются только сбоку и вниз молекулами, расположенными рядом и под ними, соответственно. Это нисходящее притяжение молекул поверхностного уровня заставляет их плотнее притягиваться друг к другу, сжимаясь в более устойчивое, выровненное расположение. Этот более плотный ряд поверхностных молекул образует нечто вроде упругой мембраны на поверхности жидкости. Молекулы расположены более плотно и плавно выстроены рядом друг с другом, в отличие от более хаотических молекулярных схем ниже. Прочность этой «эластичной мембраны» зависит от типа жидкости. Вода, например, имеет очень высокое поверхностное натяжение, потому что кислород и водород - два химических компонента воды H2O - имеют частичные отрицательные и положительные заряды, соответственно, и, таким образом, притягиваются ко всем другим молекулам воды, окружающим их.
Водородные связи, как известно, прочны, поэтому вода имеет тенденцию удерживаться на поверхности даже лучше, чем другие жидкости, образуя щит, который может быть на удивление трудно сломать. Почему поверхностное натяжение так важно?
Количество изученных жидкостей существует ограниченное число, и дальнейшие исследования помогут расширить наши знания в этой области.
Роль полярности и неполярности в поверхностном натяжении Полярные молекулы вещества обладают дипольным моментом, то есть разницей в электрическом заряде между атомами и молекулами. Вода является ярким примером полярной жидкости: у нее есть частично положительно заряженный водород и частично отрицательно заряженный кислород. Это приводит к возникновению внутренних электрических сил, которые удерживают молекулы воды вместе и создают поверхностное натяжение.
Полярные жидкости образуют сильные водородные связи между молекулами на поверхности, что делает их поверхность более устойчивой и способной выдерживать внешние воздействия. Этот факт объясняет, почему вода образует выпуклую форму на поверхности и почему насекомые могут ходить по воде благодаря поверхностному натяжению. С другой стороны, неполярные жидкости, такие как масло или бензин, не обладают дипольным моментом и не образуют сильных водородных связей между молекулами.
Из-за этого их поверхностное натяжение будет меньше, чем у полярных жидкостей. Капли неполярных жидкостей имеют выпуклую форму на поверхности и не могут выдерживать внешние воздействия с такой же эффективностью, как водные капли.
Две эти силы чередуются, и на воде образуется рябь, подобно тому как за счет попеременного растяжения и сжатия образуется волна в струне музыкального инструмента. Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение, и сил притяжения между молекулами жидкости и твердой поверхностью. В жидкой воде, например, силы поверхностного натяжения обусловлены водородными связями между молекулами см. Химические связи.
Поверхность стекла водой смачивается, поскольку в стекле содержится достаточно много атомов кислорода, и вода легко образует гидрогенные связи не только с другими молекулами воды, но и с атомами кислорода. Если же смазать поверхность стекла жиром, водородные связи с поверхностью образовываться не будут, и вода соберется в капельки под воздействием внутренних водородных связей, обусловливающих поверхностное натяжение. В химической промышленности в воду часто добавляют специальные реагенты-смачиватели — сурфактанты, — не дающие воде собираться в капли на какой-либо поверхности.
Опустим проволочное кольцо с привязанной к нему нитью в мыльный раствор. Контур кольца, извлечённого из раствора, затянут мыльной плёнкой, а нить в ней размещается случайным образом рис.
Если проколоть плёнку по одну сторону нити, то оставшаяся часть плёнки сократится так, что площадь её поверхности станет минимальной при заданной длине нити рис. Следовательно, на нить со стороны плёнки действуют силы, удерживающие её в натянутом состоянии и стремящиеся сократить свободную поверхность жидкости. Рассмотрим молекулы М1 и М2, находящиеся на поверхности жидкости рис. Эти молекулы взаимодействуют не только с молекулами, находящимися внутри жидкости, но и с молекулами, расположенными на её поверхности в пределах сферы молекулярного действия. Модуль результирующей молекулярных сил притяжения, направленных вдоль поверхности жидкости, действующих на молекулу М1,.
Модуль же результирующей молекулярных сил притяжения, которыми молекулы этой жидкости, находящиеся на её поверхности, действуют на молекулу М2, разместившуюся у края поверхности,. Результирующая направлена по касательной к свободной поверхности жидкости перпендикулярно линии, ограничивающей эту поверхность. Молекулярные силы, направленные по касательной к свободной поверхности жидкости, действуют на любую замкнутую линию, ограничивающую эту поверхность, перпендикулярно ей таким образом, что стремятся сократить площадь ограниченной поверхности жидкости. Эти силы получили название сил поверхностного натяжения. Прямоугольную рамку с подвижной перекладиной длиной l опустим в мыльный раствор.
§ 8-1. Поверхностное натяжение
Почему поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости? Зависимость поверхностного натяжения от температуры Плотность газа и жидкости в критической точке. Поскольку поверхностное натяжение определяется на молекулярном уровне, любое изменение компонентов жидкости, поверхностно-активных веществ, топлива или соединений в жидкости может привести к изменению поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости из-за различной структуры и взаимодействия молекул вещества. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости и от ее температуры.
Вода с низким поверхностным натяжением
Однако все молекулы, в том числе и принадлежащие пограничному слою, должны находиться в состоянии равновесия. Оно достигается за счет сокращения расстояния между молекулами в пограничном слое и ближайшими их соседями в жидкости. Как проиллюстрировано на рисунке 3.
Поверхностное натяжение также зависит от размера молекул и их формы. Молекулы, которые имеют больший размер или могут формировать сложные структуры, могут создавать более сильные связи и, следовательно, иметь более высокое поверхностное натяжение. Изучение связи молекулярных свойств с поверхностным натяжением позволяет лучше понять не только физическую природу этого явления, но и его важность в различных процессах и приложениях, включая капиллярность, смачивание и адгезию. Количество изученных жидкостей существует ограниченное число, и дальнейшие исследования помогут расширить наши знания в этой области. Роль полярности и неполярности в поверхностном натяжении Полярные молекулы вещества обладают дипольным моментом, то есть разницей в электрическом заряде между атомами и молекулами. Вода является ярким примером полярной жидкости: у нее есть частично положительно заряженный водород и частично отрицательно заряженный кислород. Это приводит к возникновению внутренних электрических сил, которые удерживают молекулы воды вместе и создают поверхностное натяжение.
Полярные жидкости образуют сильные водородные связи между молекулами на поверхности, что делает их поверхность более устойчивой и способной выдерживать внешние воздействия. Этот факт объясняет, почему вода образует выпуклую форму на поверхности и почему насекомые могут ходить по воде благодаря поверхностному натяжению.
Поверхностное натяжение — физическая величина, равная работе внешних сил по увеличению площади поверхности жидкости на единицу площади при сохранении объёма и температуры жидкости неизменными: 8. От теории к практике Рис. Например, капли воды при соприкосновении сливаются в одну, форма которой отличается от сферической из-за воздействия силы тяжести и силы реакции опоры. Чем меньше радиус капли, тем большую роль играет поверхностная энергия по сравнению с потенциальной энергией капли в гравитационном поле Земли и тем ближе форма капель жидкости на опоре к сферической. Поэтому маленькие капельки росы на листьях растений принимают форму, близкую к шарообразной рис. От теории к практике Докажите, что при слиянии нескольких капель воды в одну при неизменной температуре выделяется энергия. Считая форму капель сферической, сравните поверхностную энергию всех мелких капель с поверхностной энергией энергией капли, получившейся при их слиянии. Учтите, что объём шара , а площадь его поверхности Рис.
Опустим проволочное кольцо с привязанной к нему нитью в мыльный раствор. Контур кольца, извлечённого из раствора, затянут мыльной плёнкой, а нить в ней размещается случайным образом рис. Если проколоть плёнку по одну сторону нити, то оставшаяся часть плёнки сократится так, что площадь её поверхности станет минимальной при заданной длине нити рис. Следовательно, на нить со стороны плёнки действуют силы, удерживающие её в натянутом состоянии и стремящиеся сократить свободную поверхность жидкости.
В видео показана классическая демонстрация поверхностного натяжения жидкостей. С помощью мыльного раствора создается пленка между двумя металлическими стержнями. Эта пленка стягивает два стержня, будто пружинка. Вода удерживается над стаканом силами поверхностного натяжения Еще один классический эксперимент, который каждый может повторить дома, на работе, в детском саду,... В стакан наливают воду до краев и начинают дозированно увеличивать объем содержимого. Можно использовать пипетку или докидывать в стакан небольшие тела.
Аналогичный опыт проводят с монеткой. Мы с вами видели, как мыльная пленка стягивала два металлических стержня. Это приводит к довольно интересной вещи - капельки ртути силами поверхностного натяжения стягиваются так, что представляют собой практически идеальные шарики, если они небольшого размера. С увеличением размера капли сил натяжения больше не хватает, и капля "расползается". Поэтому при плавке золото собирается в большой красивый шарик, который даже при больших размерах имеет почти идеальную сферическую форму. Капиллярный эффект Поверхностное натяжение жидкости является причиной появления капиллярного эффекта. Если окунуть кончик тонкой трубочки капилляра в жидкость, то жидкость начнет подниматься по трубочке на достаточно большую высоту. Затягивает жидкость туда как раз сила натяжения, которую постепенно уравновешивает сила тяжести. Высота подъема зависит от двух факторов - она увеличивается при увеличении коэффициента поверхностного натяжения данной жидкости и при уменьшении диаметра трубочки. Предлагаю вашему вниманию три опыта на эту тему.
Окрашивание растений за счет капиллярного эффекта Считается, что благодаря капиллярному эффекту происходит очень важный процесс - питание живых растений водой. Вода поднимается по тонким капиллярам внутри стебля именно благодаря поверхностному натяжению жидкости.
Почему поверхностное натяжение зависит от состава и свойств жидкости
Благодаря этим силам, молекулы на поверхности жидкости организовываются в компактный слой и создают натяжение. Деликтная теория: Деликтная теория поверхностного натяжения основывается на предположении о существовании внутренних деликтных сил внутри жидкости. Известно, что жидкость состоит из молекул, связанных друг с другом. Делектные силы между этими молекулами создают сопротивление изменениям формы жидкости.
Деликтные силы направлены внутрь жидкости и противодействуют деформации. Именно эти силы порождают поверхностное натяжение на границе раздела между жидкостью и воздухом. Роль водородных связей в поверхностном натяжении Водородные связи представляют собой электростатическое взаимодействие между атомами водорода, связанными с электроотрицательными атомами, такими как кислород, азот или фтор.
В жидкостях, обладающих возможностью образовывать водородные связи, молекулы образуют сеть связей между собой, что приводит к более высокому поверхностному натяжению. Водородные связи имеют свойства притягивать другие молекулы ко всему будучи притянутыми молекулярному возвышению, что способствует укреплению поверхности жидкости. Это объясняет, почему жидкости, такие как вода и многие органические соединения, обычно имеют более высокое поверхностное натяжение, потому что они образуют больше водородных связей в сравнении с другими жидкостями.
Более сильные взаимодействия водородных связей между молекулами создают более прочную поверхность, что приводит к более высоким значениям поверхностного натяжения. На практике это проявляется в способности жидкостей с высоким поверхностным натяжением образовывать капли сферической формы, так как энергия поверхности молекул жидкости минимизируется при минимальном контакте с внешней средой. Таким образом, водородные связи играют важную роль в определении поверхностного натяжения жидкости.
Изучение этих связей и их влияния на физические свойства различных жидкостей имеет большое значение в научных и технических областях, таких как фармакология, материаловедение и биохимия. Зависимость поверхностного натяжения от температуры При повышении температуры, поверхностное натяжение жидкости обычно снижается. Это происходит из-за увеличения теплового движения молекул в жидкости.
Более интенсивное движение молекул приводит к увеличению наружных сил, стремящихся расширить поверхность жидкости и уменьшить ее площадь. Температурная зависимость поверхностного натяжения может быть описана законом Гейскирха, который устанавливает, что поверхностное натяжение жидкости обратно пропорционально температуре. Простыми словами, чем выше температура, тем меньше поверхностное натяжение.
Зависимость поверхностного натяжения от температуры имеет важные практические применения. Например, в процессах, связанных с плаванием или смачиванием материалов, знание такой зависимости позволяет выбирать оптимальные условия для достижения желаемых результатов.
Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Почему и как зависит поверхностное натяжение от температуры? Если температура увеличивается, то скорость движения молекул соответственно увеличивается, а силы сцепления между молекулами - уменьшаются. Чем температура жидкости выше, тем слабее силы поверхностного натяжения. Изменится ли результат вычисления поверхностного натяжения, если опыт проводить в другом месте Земли? Изменится незначительно, так как в формулу входит величина g - ускорения свободного падения. А мы знаем, что в разных точках Земли ускорение свободного падения различно.
Масло, нанесенное на поверхность, проникает в эти трубки и убивает личинку.
Прежнее объяснение, согласно которому масло настолько ослабляет поверхностную пленку, что личинки не могут висеть на ней и дышать, следует отбросить. Опыт 19. Небольшая капля масла, помещенная в большое блюдо со слегка припудренной чистой водой, очень быстро растекается в большое круглое пятно, которое потом сохраняет свои размеры. Так ведут себя растительные масла; они являются «жирными кислотами», и у них один конец, кислотный, имеет сродство к воде: Молекулы минерального масла, у которых инертны оба конца, видимому, располагаются по поверхности воды и движутся подобно двумерному газу, растекаясь случайным образом. Кажется, что пленка масла сверху «давит» на поверхность раздела. Такое объяснение представляется более правильным, чем «ослабление поверхностного натяжения воды». Сейчас это внешнее давление измеряют с помощью точных весов, которые взвешивают давление пленки масла на подвижную перекладину. Применение длинных молекул масла Смазывание. При смазывании высокоскоростных подшипников молекулы растительного масла присоединяются к металлу металл вытесняет водород из кислотного конца молекулы масла , и масло образует мономолекулярные бархатистые «ковры», инертные внешние слои которых удобно скользят друг по другу. К смазке добавляют также минеральные масла, чтобы между этими «коврами» получить инертные масляные «ролики».
При крайне небрежном обращении с металла сдираются даже бархатистые монослои; тогда движущиеся металлические детали с большой силой прилипают друг к другу «схватываются» , и это чревато неприятными последствиями. Ланолиновый жир пристает к коже и проникает в нее, перенося с собой необходимые медикаменты, тогда как инертные минеральные масла беспорядочно распределяются на коже в виде жирных комков; поэтому избегайте мазей, изготовленных не на ланолине, а на минеральных маслах. К коже пристают и молекулы хорошей ваксы, а парафин разновидность минерального масла с более длинной цепью образует беспорядочные пятна[81]. Полировка обуви щеткой облегчает прилипание и распределяет молекулы по поверхности более равномерно. Укрощение штормов в море. Укрощение бурных морей с помощью масла — отнюдь не сказка. Достаточно вылить за борт совсем немного подходящего масла, чтобы оно распространилось по большой поверхности. Ветер пытается создать большие волны, раскачивая небольшую рябь, масло сдувается в лужи неправильной формы, и различие поверхностного натяжения помешает действию ветра, создав своего рода поверхностное трение. Поэтому в таком месте образуется меньше больших волн. А волны, приходящие издалека, не смогут по крайней мере создать разрушительных гребней.
Поверхностное натяжение играет важную роль при образовании вспененных гребней, и масло может помешать их образованию. Как изменится поверхностное натяжение при повышении температуры? Попробуйте нагреть припудренную поверхность воды, поднося к ней раскаленную докрасна кочергу. Опыт 21. Распылите по чистой воде камфару. Каждая частица совершает беспорядочные движения. Это происходит потому, что камфара медленно растворяется в воде, ослабляя поверхностную оболочку. Каждую частицу вперед тянет чистая вода, а назад — слабее вода с камфарой, поэтому частица плывет вперед, подобно лодке, крутясь и поворачиваясь из-за своей неправильной формы. Попробуйте добавить еще немного масла. Движение камфары сразу прекратится.
Не правда ли, это красивый несложный опыт, немного похожий на детскую забаву? Однако эта забава играет важную роль в одном из великих экспериментов атомной физики — в измерении размеров молекулы. Размер молекулы Шестьдесят лет назад лорд Рэлей наблюдал за растеканием масла по воде. В то время, когда ученые строили различные предположения о размерах молекул, он догадался, что самый тонкий слой масла, который может полностью покрыть водную поверхность, будет иметь толщину как раз в одну молекулу, и решил определить эту толщину. Рэлей представил себе растекание капли масла как хаотическое движение молекул, карабкающихся друг на друга и сваливающихся назад, пока каждая не достигнет поверхности воды и не сможет прицепиться к воде эти масла состоят из молекул с длинной цепью, на одном конце которых находится химическая группа, имеющая сродство к воде. Как только все молекулы масла расположатся таким способом, они будут держаться в виде мономолекулярного покрова и перестанут стремиться к дальнейшему растеканию фиг. Масло на воде. Капля масла, нанесенная на чистую поверхность воды, растекается и покрывает ее слоем толщиной в одну молекулу. Молекулы масла, вероятно, стоят «дыбом» подобно ворсу на ковре. Если масла как раз достаточно для данной поверхности воды, слой будет иметь толщину в одну молекулу, и все молекулы будут плотно упакованы по вертикали, подобно ворсинкам бархата.
При меньшем количестве масла останутся участки открытой воды. Если масла будет …??? Лорд Рэлей вымыл и заполнил водой круглый большой таз, имевший 82 см в поперечнике. На поверхность воды он поместил взвешенную каплю масла и наблюдал, как оно растекается и закрывает всю поверхность. Затем он опять взял чистую воду и каплю меньшего размера, затем еще меньшую, пока не дошел до такой капли, которая уже не могла полностью закрыть всю поверхность. Как же он обнаружил, что закрыта не вся поверхность? Если перед опытом распылить на поверхности порошок, можно изменить свойства поверхности. Поэтому Рэлей после масла распылял камфару помните детскую забаву? Пока поверхность воды была полностью покрыта маслом, камфара не находила чистой воды, по которой она могла бы танцевать, но когда капля масла была мала, на поверхности открывались участки чистой воды. Условия приведенной ниже задачи 5 следуют за ходом вычислений Рэлея.
Используя результаты его измерений, определите размеры молекул масла. Задача 5. Измерение размеров молекулы Рэлей наносил каплю оливкового масла на чистую воду в большом сосуде. Для простоты примем, что сосуд был прямоугольным с размером зеркала воды 0,55 м х 1,00 м это даст ту же площадь, что и в круглом тазу, взятом Рэлеем. Предположим, что плотность остается такой же и в очень тонкой пленке. Помните, что поскольку масло менее плотно, чем вода, его объем должен быть больше объема той же массы воды. Поверим химикам, что это масло имеет «длинные» молекулы, один конец которых сильно притягивается водой. Какой вывод можно сделать из вопроса а относительно размеров молекул? Длина молекул очень мала; чтобы образовать линию в 1 см их требуются миллионы. В те времена, когда Рэлей производил свои измерения, ученые делали грубые, поспешные предположения о размере и массе молекул; их косвенные догадки основывались на трении в газах, на рассеянии солнечного света в небе молекулами и на некоторых сомнительных электрических аргументах.
Здесь же был поразительно простой эксперимент и, вероятно, надежный. С тех пор метод был улучшен и обобщен многими, особенно Ленгмюром в США. Оливковое масло, которое применял Рэлей, было неопределенной смесью маслянистых веществ. Позднейшие исследователи применяли чистые химические соединения, часто используя несколько членов «гомологического ряда» или, иначе, химической семьи. Например, Ленгмюр применял «жирные кислоты». Их получают из природных жиров и масел, и они дают мыло, соединяясь с натрием или калием. Они имеют длинные молекулы с одним инертным, а другим «кислым» концом, который притягивается водой. Существует целый ряд таких соединений, причем молекула каждого представителя этого ряда больше своего предшественника на один атом углерода и два атома водорода. Очень давно химики изобразили молекулы различных членов этих рядов структурными формулами, подобными трем приведенным на стр. Это были лишь догадки, основанные на химических данных, но они наводили на мысль о длинных цепных молекулах, удлиняющихся на группу СН3 при переходе от одного члена семьи к другому.
Задача 6 основана на усовершенствовании метода Рэлея, осуществленном Ленгмюром, Адамом и другими. Задача 6. Точное измерение размеров молекул Адам использовал прямоугольную ванну шириной 0,14 м и длиной 0,5 м. Ванна была наполнена водой до краев; исследуемая область ограничивалась положенными сверху на расстоянии около 0,4 м друг от друга брусками А и В фиг. Упрощенный рисунок прибора Адама. Пленка масла ограничена брусками А и В. Брусок В был подвижен; он свободно плавал по воде и был соединен с измерительным устройством, которое имело пружину или грузик и позволяло обнаружить любое горизонтальное смещение бруска, а также предотвращало его случайные движения. Брусок А клали поперек ванны, он имел выступающие края и его можно было перемещать рукой. Ванну и бруски покрывали воском, чтобы уровень воды мог подниматься немного выше краев, так что бруски А и В отсекали центральную часть поверхности. Располагая сначала брусок А далеко от бруска В, Адам помещал на водную поверхность между брусками небольшое измеренное количество пальмитиновой кислоты.
Брусок В не смещался. Затем передвигался брусок А, собирая пленку масла на все меньшей и меньшей площади, пока вдруг брусок В не испытывал заметного толчка; это позволяло думать, что молекулы вобрались в сплошной слой. В реальных экспериментах толкающее усилие не возрастало абсолютно резко от нуля до полного значения. Оно появлялось при определенной величине поверхности и быстро росло при дальнейшем перемещении, достигая постоянной величины, после которой дальнейшее сближение, вероятно, заставляло «слой» изгибаться. По графику легко было найти момент, в который появляется значительное усилие. Для нанесения жирных кислот на поверхность вода Адам растворял их в бензоле и наносил несколько капель раствора. Бензол быстро испарялся. Вот типичные результаты измерений это не подлинные данные Адама, но они основаны на его записях : Бензольный раствор. Состав: 4 г пальмитиновой кислоты растворены в 996 г бензола. Следовательно, каждый килограмм раствора содержит 0,004 кг пальмитиновой кислоты.
Размер капель. В сосуд капают 100 капель раствора и сосуд взвешивают. Масса 100 капель раствора равна 0,33 г, или 0,00033 кг. Основной опыт. На воду наносят 5 капель раствора. Когда бензол испаряется остается невидимая нерастворимая поверхностная пленка пальмитиновой кислоты , брусок А двигают по направлению к бруску В. Последний испытывает сильный толчок, когда расстояние между А и В составляет 0,23 м. В этот момент поверхность воды между брусками составляет 0,23 м в длину и 0,14 м в ширину. Задание: предполагая, что пленка пальмитиновой кислоты имеет ту же плотность, с помощью приведенной ниже инструкции определите размеры ее молекул. Даже одна арифметическая ошибка может превратить решение этой задачи в бессмыслицу.
Расчет объема взятого масла пальмитиновой кислоты является простой задачей на дроби, подобно расчету рецепта теста для пирога или разбавления соков. Он требует знания элементарных арифметических правил и уверенности. Чтобы избежать ошибок, лучше производить его по стадиям, например, по количеству раствора 5 капель , нанесенного на воду, рассчитать: а массу нанесенного на воду раствора; б массу пальмитиновой кислоты, содержащейся в этом количестве раствора; в объем, который займет эта масса пальмитиновой кислоты 850 кг занимают 1 м3, следовательно…. Цепная формула изображает молекулу в 19 атомов длиной и только несколько атомов шириной. Трудно догадаться о форме поперечного сечения молекулы; атомы Н должны быть меньше, чем атомы С в цепи. Возможно, что поперечное сечение содержит 3 атома в ширину и один в толщину, либо чередующиеся связи могут колебаться в разные стороны, делая поперечное сечение квадратом, скажем, со сторонами по 3 атома. В качестве грубого предположения[83], допустим, что поперечное сечение является квадратом со стороной от 1,5 до 3 атомов. Глупо было бы пытаться сузить эти пределы фиг. Схема к рассуждению о форме молекулы пальмитиновой кислоты. Современные химики, группируя атомы углерода и водорода в молекулы, приписывают им четкие размеры, причем углероду намного больше, чем водороду.
Здесь показаны ранние предположения о размерах атомов, и атом С изображен лишь немного больше атома Н. Каково поперечное сечение: «продолговатое» а или «квадратное» б? Рассчитайте объем молекулы пальмитиновой кислоты, для этого возьмите длину, полученную в п. Если 850 кг занимают 1 м3, то… 4 Простые химические измерения анализ путем сжигания и взвешивания и т. Химические опыты не могут дать действительных значений масс отдельных атомов и молекул, но позволяют легко определить их относительные величины. Предположите, что правильно это значение, и проделайте вычисление в обратном порядке. Что теперь можно сказать о форме молекулы пальмитиновой кислоты? Проделать детально всю работу в обратном порядке может оказаться утомительным. Можно ограничиться сокращенными выкладками. Задача 7.
Цепные молекулы Измерения с помощью бруска и весов, подобные описанным в задаче 6, дают следующие оценки для длины молекул нескольких членов ряда жирных кислот. Длина дается в специальных единицах часто используемые в атомной физике единицы Ангстрема, равные 10-10 м. Указанное число групп включает первый атом углерода с тремя атомами водорода. Подтверждают ли эти опыты идею о цепных молекулах? Проанализируйте их о помощью графика. Физическая проверка химической картины Только плохой преподаватель льстит себя надеждой, что способен объяснить, что такое молекулы масла, с помощью одних разговоров о «цепях связей» или «ворсе бархата» в тонких пленках. Однако если после вычислений, подобных приведенным выше, у вас появилось чувство, что вы что-то понимаете, то вы делаете гениальные успехи в науке. Использованные нами структурные формулы были остроумными догадками, сделанными по косвенным химическим соображениям. Они оставались совершенно непроверенными, пока метод Рэлея не дал в высшей степени удовлетворительное подтверждение существования длинных тонких молекул с одинаковым увеличением длины на каждую группу СН2.
Однако все молекулы, в том числе и принадлежащие пограничному слою, должны находиться в состоянии равновесия. Оно достигается за счет сокращения расстояния между молекулами в пограничном слое и ближайшими их соседями в жидкости. Как проиллюстрировано на рисунке 3.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости: удивительные свойства поверхностного слоя
6 ответов на вопрос “Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?”. Поверхностное натяжение – порыв жидкости уменьшить собственную свободную поверхность, то есть сократить избыток потенциальной энергии на границе разъединения с газообразной фазой. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости и от ее температуры. ма») называется коэффициентом поверхностного натяжения и зависит от природы соприкасающихся сред и от их состояния.