Oberflächenspannungen, Beispiele, Anwendungen und Experimente

Der Oberflächenspannung Es ist eine physikalische Eigenschaft, die alle Flüssigkeiten vorhanden sind und die durch den Widerstand gekennzeichnet ist, den ihre Oberflächen jeglichen Zunahme in ihrem Bereich widersetzen. Dies ist dasselbe wie zu sagen, dass diese Oberfläche nach dem am wenigsten möglichen Bereich sucht. Dieses Phänomen verflechtet mehrere chemische Konzepte wie Kohäsion, Adhäsion und intermolekulare Kräfte.

Die Oberflächenspannung ist für die Bildung der Krümmungen der Oberfläche der Flüssigkeiten in röhrenförmigen Behältern verantwortlich (Graduiertenzylinder, Säulen, Testrohr usw.). Diese können konkav (valley gebogen) oder konvex (gebogene Kuppel) sein. Viele physikalische Phänomene können unter Berücksichtigung der Veränderungen erklärt werden, die durch die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit erlitten wurden.

Die kugelförmigen Formen, die durch Wassertropfen auf den Blättern angewendet werden, sind teilweise auf ihre Oberflächenspannung zurückzuführen. Quelle: Foto von Flickr -Benutzer Tanakawho [CC von (https: // creativeCommons.Org/lizenzen/by/2.0)]]

Eines dieser Phänomene ist der Trend, dass die Flüssigkeitsmoleküle in Form von Tropfen agglomerieren müssen, wenn sie sich auf Oberflächen ruhen, die sie abweisen. Zum Beispiel können die Wassertropfen, die wir oberhalb der Blätter sehen.

Es kommt jedoch zu einer Zeit, in der die Schwerkraft seine Rolle ausübt und der Tropfen wie eine Wassersäule verschüttet wird. Ähnliches Phänomen tritt in Mercurys sphärischen Tropfen auf, wenn ein Thermometer verschüttet wird.

Andererseits ist die Spannung des Oberflächenwassers die wichtigste von allen, da sie den Status von mikroskopischen Körpern in wässrigen Medien wie Zellen und ihren Lipidmembranen beiträgt und organisiert. Darüber hinaus ist diese Spannung dafür verantwortlich, dass Wasser langsam verdampft, und einige dichteste Körper, die auf seiner Oberfläche schweben können.

[TOC]

Ursachen der Oberflächenspannung

Die Erklärung des Oberflächenspannungsphänomens ist auf molekularer Ebene. Die Moleküle einer Flüssigkeit interagieren miteinander, so dass sie in ihren unregelmäßigen Bewegungen kohärent sind. Ein Molekül interagiert mit seinen Nachbarn nebenan und diejenigen, die oben oder darunter sind.

Dies geschieht jedoch nicht dasselbe mit den Molekülen der Oberfläche der Flüssigkeit, die mit der Luft (oder einem anderen Gas) oder mit einem Feststoff in Kontakt stehen. Die Oberflächenmoleküle können nicht mit denen der äußeren Umgebung zusammenhängen.

Infolgedessen erleben sie keine Kraft, die sie anzieht. Nur unten, von seinen Nachbarn des flüssigen Mediums. Um diesem Ungleichgewicht entgegenzuwirken, werden die Oberflächenmoleküle "gepresst", weil sie es nur dann schaffen, die Kraft zu überwinden, die sie nach unten drückt.

Kann Ihnen dienen: Natriumsilikat (Na2sio3): Struktur, Eigenschaften, Verwendungsmöglichkeiten, Risiken

Anschließend wird eine Oberfläche erstellt, an der sich die Moleküle in einer angespannteren Entsorgung befinden. Wenn ein Teilchen in die Flüssigkeit eindringen will, muss es zuerst diese molekulare Barriere überqueren. Gleiches gilt für ein Teilchen, das aus den Tiefen der Flüssigkeit in die äußere Umgebung entkommen will.

Daher verhält sich seine Oberfläche so, als wäre es ein elastischer Film, der Widerstand gegen Deform zeigt.

Einheiten

Die Oberflächenspannung wird normalerweise mit dem γ -Symbol dargestellt und in N/M -Einheiten exprimiert, Kraft durch Länge. Meistens ist Ihre Einheit jedoch Dyn/cm. Man kann durch den nächsten Konversionsfaktor der andere werden:

1 dyn/cm = 0,001 n/m

Oberflächenwasserspannung

Wasser ist der Westen und überraschendste aller Flüssigkeiten. Seine Oberflächenspannung sowie einige seiner Eigenschaften haben einen ungewöhnlich hohen Wert: 72 Dyn/cm bei Raumtemperatur. Dieser Wert kann auf 75,64 Dyn/cm bei einer Temperatur von 0 ºC erhöhen. oder verringern bei einer Temperatur von 100 ºC auf 58,85 ° C.

Diese Beobachtungen sind sinnvoll, wenn man bedenkt, dass die molekulare Barriere bei Temperaturen in der Nähe des Gefrierpunkts noch mehr angespannt ist oder etwas mehr um den Siedepunkt "lockert".

Wasser hat eine große Oberflächenspannung nach seinen Wasserstoffbrücken. Wenn diese innerhalb der Flüssigkeit berüchtigt sind, sind sie noch mehr auf der Oberfläche. Wassermoleküle werden stark verflochten, indem Dipol-Dipolo-Wechselwirkungen vom Typ h gebildet werden₂Oh oh.

Wassermoleküle ziehen sich an; Sie sind durch Wasserstoffbrücken verbunden

Die Effizienz seiner Wechselwirkungen ist so, dass die wässrige molekulare Barriere sogar einige Körper erhalten kann, bevor sie sinken. In den Abschnitten von Anwendungen und Experimenten wird dieser Punkt wieder aufgenommen.

Andere Beispiele

Alle Flüssigkeiten haben Oberflächenspannungen, entweder in geringerem oder größerem Maße als das von Wasser oder wenn es sich um reine Substanzen oder Lösungen handelt. Wie stark und angespannt sind die molekularen Barrieren ihres oberflächlichen, abhängen sie direkt von seinen intermolekularen Wechselwirkungen, zusätzlich zu strukturellen und Energiefaktoren.

Kondensierte Gase

Zum Beispiel interagieren Gase -Moleküle im flüssigen Zustand nur durch dispersive Kräfte in London miteinander. Dies stimmt mit der Tatsache überein, dass ihre oberflächlichen Spannungen niedrige Werte haben:

-Flüssiges Helium, 0,37 Dyn/cm a -273 ºC

Es kann Ihnen dienen: Ammoniumchlorid (NH4CL)

-Flüssigstickstoff, 8,85 Dyn/cm a -196 ºC

-Flüssiger Sauerstoff, 13,2 Dyn/cm a -182 ºC

Die Oberflächenspannung von flüssigem Sauerstoff ist größer als die des Heliums, da seine Moleküle eine größere Masse aufweisen.

Apolare Flüssigkeiten

Von apolaren und organischen Flüssigkeiten wird erwartet, dass sie höhere Oberflächenspannungen haben als die dieser kondensierten Gase. Unter einigen von ihnen haben wir Folgendes:

-Diätileter, 17 Dyn/cm bei 20 ° C

-N-Hexano, 18,40 Dyn/cm bei 20 ºC

-N-Oktan, 21,80 Dyn/cm bei 20 ºC

-Toluol, 27,73 Dyn/cm bei 25 ºC

Ein ähnlicher Trend wird für diese Flüssigkeiten beobachtet: Die Oberflächenspannung wird erhöht, wenn ihre Molekularmassen zunimmt. Jedoch der N-Oktan sollte laut Angaben die größte Oberflächenspannung und nicht die Toluol haben. Hier kommen die molekularen Strukturen und Geometrien ins Spiel.

Toluol-, Plan- und Anillares -Moleküle haben effektivere Wechselwirkungen als die der der N-Oktan. Daher ist die Oberfläche des Toluols "angespannt" als die Oberfläche der N-Oktan.

Polare Flüssigkeiten

Stärker Dipol-Dipol sein. Aber es ist nicht immer der Fall. Unter einigen Beispielen haben wir:

-Essigsäure, 27,60 dyn/cm bei 20 ºC

-Aceton, 23,70 dyn/cm bei 20 ºC

-Blut, 55,89 Dyn/cm bei 22 ° C

-Ethanol, 22,27 Dyn/cm bei 20 ºC

-Glycerin, 63 Dyn/cm bei 20 ºC

-Geschmolzenes Natriumchlorid, 163 Dyn/cm bei 650 ºC

-NaCl 6 M Lösung, 82,55 Dyn/cm bei 20 ºC

Es wird erwartet.

Auf der anderen Seite ist Quecksilber eine der Flüssigkeiten mit der höchsten Oberflächenspannung: 487 Dyn/cm. In It setzt sich seine Oberfläche aus stark kohäsiven Quecksilberatomen zusammen, viel mehr als die Wassermoleküle sein können.

Anwendungen

Einige Insekten verwenden die Oberflächenspannung des Wassers, um darauf zu gehen. Quelle: Pixabay.

Oberflächliche Spannungen allein haben keine Anwendungen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es nicht an mehreren täglichen Phänomenen beteiligt ist, dass sie nicht passieren würden, wenn nicht.

Zum Beispiel können Mücken und andere Insekten durch Wasser gehen. Dies liegt daran.

Die oberflächliche Spannung spielt auch eine Rolle bei der Flüssigkeitsneugung. Je größer seine oberflächliche Spannung ist, desto geringer ist seine Tendenz, durch die Poren oder Küken eines Materials zu fahren. Darüber hinaus sind sie wenig nützliche Flüssigkeiten, um Oberflächen zu reinigen.

Kann Ihnen dienen: Neutralisationsreaktion

Reinigungsmittel

Hier wirken die Reinigungsmittel, die die Oberflächenspannung des Wassers verringern und ihm helfen, größere Oberflächen abzudecken. Beim Verbesserung Ihrer Entfetteraktion. Durch die Verringerung seiner oberflächlichen Spannungen berücksichtigt sie Luftmoleküle, mit denen sich Blasen bilden.

Emulsionen

Andererseits sind niedrige Spannungen mit der Stabilisierung von Emulsionen verbunden, die bei der Formulierung verschiedener Produkte sehr wichtig sind.

Einfache Experimente

Metallclip schweben aufgrund von Oberflächenwasserspannung. Quelle: Alvesgaspar [CC BY-S (https: // CreateRecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Schließlich werden einige Experimente, die in jedem häuslichen Raum durchgeführt werden können.

Clip -Experiment

In einem Glas mit kaltem Wasser wird ein metallischer Clip an der Oberfläche platziert. Wie im oberen Bild zu sehen ist, bleibt der Clip dank der Oberflächenspannung des Wassers am Leben. Aber wenn dem Glas ein wenig Lavasto -Loza hinzugefügt wird, nimmt die Oberflächenspannung dramatisch ab und der Clip sinkt plötzlich.

Papierschiffchen

Wenn wir ein Papierschiff oder eine Holzpalette haben und das kleine oder das Waschmittel waschen, wird es in den Kopf eines Tuels hinzugefügt, dann tritt ein interessantes Phänomen auf: Es wird eine Abstoßung geben, die sie an den Rändern ausbreitet des Glass. Das Papierschiff und die Holzpalette entfernen sich von dem mit Waschmittel verschmierten Tupfer.

Ein weiteres ähnliches und grafischeres Experiment besteht darin, dieselbe Operation zu wiederholen, aber in einem mit schwarzen Pfeffer besprühten Eimer mit Wasser besprüht. Die schwarzen Pfefferpartikel bewegen.

Verweise

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8. Aufl.). Cengage Lernen.
2. Wikipedia. (2020). Oberflächenspannung. Abgerufen von: in.Wikipedia.Org
3. USGS. (S.F.). Oberflächenspannung und Wasser. Abgerufen von: USGS.Regierung
4. Jones, Andrew Zimmerman. (12. Februar 2020). Oberflächenspannung - Definition und Experimente. Erholt von: thoughtco.com
5. Susanna Lauren. (15. November 2017). Warum ist die Oberflächenspannung wichtig?? Biolin Scientific. Erholt von: Blog.BiolinScientific.com
6. Rookie Parenting Science. (7. November 2019). Was ist Oberflächenspannung | Cooles Wissenschaftsexperiment. Erholt von: Rookieparenting.com
7. Jessica Mock. (2020). Oberflächenspannungsexperiment. Lernen. Erholt von: Studium.com
8. Das Kind sollte das sehen. (2020). Sieben Oberflächenspannungsexperimente - Physikmädchen. Erholt von: Thekidshouldisethis.com