Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. Для чистых жидкостей поверхностное натяжение зависит от природы жидкости и температуры, а для растворов – от природы растворителя, природы и концентрации растворенного вещества. Почему поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости?
Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?
Такие вещества называются поверхностно-активными ПАВ. По отношению к воде поверхностно-активными являются органические вещества с меньшим, чем у воды поверхностным натяжением: спирты, эфиры, углеводороды и их производные, нефть, мыло, синтетические моющие средства и др. Лэнгмюр и Гаркинс независимо друг от друга показали, что поверхностная активность определяется химическим строением их молекул. Такие молекулы отличаются несимметричным строением, они полярны и дифильны, то есть состоят из неполярной инактивной и полярной активной частей. Неполярная часть молекулы ПАВ чаще всего состоит из остатка насыщенного углеводорода алкила , содержащего до 20 атомов углерода. Полярная часть молекулы — это радикал или группа атомов с ненасыщенными химическими валентностями.
Эти сильно полярные группы, создавая силовое поле, проявляют сродство к полярной фазе, а неактивная углеводородная цепь выталкивается из нее, обращаясь к менее полярной фазе, причем оси молекул ПАВ стремятся ориентироваться перпендикулярно к поверхности раздела. При насыщении слоя образуется мономолекулярный слой молекул толщиной в одну молекулу. Чем длиннее молекула, тем сильнее она ориентируется. Дюкло, а затем Траубе, изучая поверхностное натяжение водных растворов предельных органических кислот, нашли, что поверхностная активность этих веществ на границе раздела раствор — воздух тем больше, чем больше длина углеводородного радикала, причем в среднем она увеличивается в 3, 2 раза на каждую СН2-группу правило Дюкло-Траубе. Другая формулировка правила Дюкло-Траубе сводится к следующему: При возрастании длины цепи жирной кислоты в арифметической прогрессии, поверхностная активность увеличивается в геометрической прогрессии.
Частный случай поверхностных явлений. Изучив подробно силы, лежащих в основе капиллярных явлений, стоит перейти непосредственно к капиллярам. Так, опытным путём можно пронаблюдать, что смачивающая жидкость например, вода в стеклянной трубке поднимается по капилляру. При этом, чем меньше радиус капилляра, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость. Жидкость, не смачивающая стенки капилляра например, ртуть с стеклянной трубке , опускается ниже уровня жидкости в широком сосуде. Так почему же смачивающая жидкость поднимается по капилляру, а несмачивающая опускается? Не трудно заметить, что непосредственно у стенок сосуда поверхность жидкости несколько искривлена. Если молекулы жидкости, соприкасающиеся со стенкой сосуда, взаимодействуют с молекулами твёрдого тела сильнее, чем между собой, в этом случае жидкость стремится увеличить площадь соприкосновения с твёрдым телом смачивающая жидкость.
При этом поверхность жидкости изгибается вниз и говорят, что она смачивает стенки сосуда, в котором находится. Если же молекулы жидкости взаимодействуют между собой сильнее, чем с молекулами стенок сосуда, то жидкость стремится сократить площадь соприкосновения с твёрдым телом, её поверхность искривляется вверх. В этом случае говорят о несмачивании жидкостью стенок сосуда. В узких трубочках, диаметр которых составляет доли миллиметра, искривлённые края жидкости охватывают весь поверхностный слой, и вся поверхность жидкости в таких трубочках имеет вид, напоминающий полусферу. Это так называемый мениск. Он может быть вогнутым, что наблюдается в случае смачивания, и выпуклым при несмачивании. Радиус кривизны поверхности жидкости при этом того же порядка, что и радиус трубки. Под вогнутым мениском смачивающей жидкости давление меньше, чем под плоской поверхностью.
Поэтому жидкость в узкой трубке капилляре поднимается до тех пор, пока гидростатическое давление поднятой в капилляре жидкости на уровне плоской поверхности не скомпенсирует разность давлений. Под выпуклым мениском несмачивающей жидкости давление больше, чем под плоской поверхностью, и это ведёт к опусканию несмачивающей жидкости. Знак капиллярного давления «плюс» или «минус» зависит от знака кривизны. Центр кривизны выпуклой поверхности находится внутри соответствующей фазы. Выпуклые поверхности имеют положительную кривизну, вогнутые — отрицательную. Из рис. Полученная формула, определяющая высоту поднятия жидкости в капиллярной трубочке, носит название формулы Жюрена. Очевидно, что чем меньше радиус трубки, тем на большую высоту поднимается в ней жидкость.
Кроме того, высота поднятия растёт с увеличением коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Подъём смачивающей жидкости по капилляру можно объяснить и по-другому. Как было сказано ранее, под действием сил поверхностного натяжения поверхность жидкости стремится сократиться. Вследствие этого поверхность вогнутого мениска стремится выпрямиться и сделаться плоской. При этом она тянет за собой частицы жидкости, лежащие под ней, и жидкость поднимается по капилляру вверх. Но поверхность жидкости в узкой трубке плоской оставаться не может, она должна иметь форму вогнутого мениска. Как только в новом положении данная поверхность примет форму мениска, она снова будет стремиться сократиться и т. В результате действия этих причин смачивающая жидкость и поднимается по капилляру.
Поднятие прекратится, когда сила тяжести Fтяж поднятого столба жидкости, которая тянет поверхность вниз, уравновесит равнодействующую силу F сил поверхностного натяжения, направленных касательно к каждой точке поверхности. В случае несмачивающей жидкости последняя, стремясь сократить свою поверхность, будет опускаться вниз, выталкивая жидкость из капилляра. Выведенная формула применима и для несмачивающей жидкости. В этом случае h — высота опускания жидкости в капилляре. Капиллярные явления в природе Капиллярные явления также весьма распространены в природе и часто используются в практической деятельности человека. Дерево, бумага, кожа, кирпич и очень многие другие предметы, окружающие нас, имеют капилляры.
Мы видим, чем больше скорость больше расстояние пройденное лодкой , тем больше способность раствора уменьшать поверхностное натяжение. Гипотеза подтверждается, поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости, т.
Опыт 4. Ну и наконец, я проверил, зависит ли поверхностное натяжение жидкости от температуры. Так же взял лоток с водой, на поверхность воды положил бумажную модель лодки, во внутреннее отверстие капнул жидкое мыло с помощью пипетки. Жидкое мыло так же стремится вырваться наружу через узкий канал. Это связано с силой поверхностного натяжения жидкого мыла. А лодка при этом устремится вперед. Повторил опыт, изменяя температуру. Мы видим, что с увеличением температуры скорость движения лодки уменьшается меньше расстояние, пройденное лодкой.
Уменьшается поверхностное натяжение воды. В результате, данная гипотеза не подтвердилась: поверхностное натяжение жидкости зависит от температуры жидкости. Таким образом, в результате опытов, подтвердились гипотезы: 1 - Жидкости обладают поверхностным натяжением. А гипотеза 3 не подтвердилась: Поверхностное натяжение жидкости зависит от температуры. В результате проделанной работы я сделал выводы: Поверхностное натяжение всё-таки существует. Поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости и от её температуры. Поверхностное натяжение жидкости повсюду встречается в нашей повседневной жизни. Мне хотелось бы продолжить изучать свойства жидкостей.
Это видно из рис. Способность уменьшать поверхностное натяжение называется поверхностной активностью 2. Условное изображение молекулы ПАВ Полярные группы в воде гидратируются, неполярная часть молекул ПАВ представляют собой гидрофобную углеводородную цепь или радикал. Молекула ПАВ из-за своего дифильного строения по-разному взаимодействует с молекулами воды в растворе: полярная часть легко гидратируется благодаря этому идет растворение молекул ПАВ — этот процесс энергетически очень выгоден , неполярный углеводородный радикал, слабо взаимодействуя с водой, препятствует межмолекулярному взаимодействию диполей воды друг с другом.
Поверхностное натяжение жидкости - формулы и определение с примерами
Ответил (1 человек) на Вопрос: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости. Потому что поверхностное натяжение зависит от межмолекулярных взаимодействий жидкости, а оно у всех жидкостей отличается. 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. Гипотеза подтверждается, поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости, т. е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости. Коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Н/м. Величина σ зависит от рода жидкости, температуры, наличия при-месей.
Почему зависит поверхностное натяжение от рода жидкости
Так на молекулы в поверхностном слое действует некомпенсированная сила со стороны внутренних слоев. По теоретическим оценкам это давление составляет примерно 11 тыс. Расстояние между молекулами воды можно вычислить через число Авогадро, молярную массу и плотность воды:. Поэтому сила указанная на рис.
Примеси солей и сахара, например. Объяснение этому даёт МКТ. Если силы притяжения между молекулами самой жидкости больше сил притяжения между молекулами ПАВ и жидкости, то молекулы жидкости уходят внутрь из поверхностного слоя, а молекулы ПАВ вытесняются на поверхность.
Очевидно, что молекулы соли и сахара будут втянуты в жидкость, а молекулы воды вытеснены на поверхность. Таким образом, поверхностное натяжение — основное понятие физики и химии поверхностных явлений — представляет собой одну из наиболее важных характеристик и в практическом отношении. Следует отметить, что всякое серьёзное научное исследование в области физики гетерогенных систем требует измерения поверхностного натяжения. История экспериментальных методов определения поверхностного натяжения, насчитывающая более двух столетий, прошла путь от простых и грубых способов до прецизионных методик, позволяющих находить поверхностное натяжение с точностью до сотых долей процента. Интерес к этой проблеме особенно возрос в последние десятилетия в связи с выходом человека в космос, развитием промышленного строения, где капиллярные силы в различных устройствах часто играют определяющую роль. Один из таких методов определения поверхностного натяжения основан на поднятии смачивающей жидкости между двумя стеклянными пластинками.
Их следует опустить в сосуд с водой и постепенно сближать параллельно друг другу. Вода начнёт подниматься между пластинками — её будет втягивать сила поверхностного натяжения, о которой сказано выше. Вода поднимется и образует между пластинками удивительно правильную поверхность. Сечение этой поверхности вертикальной плоскостью — гипербола. Для доказательства достаточно в формулу 1 вместо d подставить новое выражение для зазора в данном месте. Из подобия соответствующих треугольников см.
Здесь D — зазор на конце, L — по-прежнему длина пластинки, а x — расстояние от места соприкосновения пластинок до места, где определяется зазор и высота уровня. Смачивание и несмачивание Для детального изучения капиллярных явлений следует рассмотреть и некоторые молекулярные явления, обнаруживающиеся на трёхфазной границе сосуществования твёрдой, жидкой, газообразной фаз, в частности рассматривается соприкосновение жидкости с твёрдым телом. Если силы сцепления между молекулами жидкости больше, чем между молекулами твёрдого тела, то жидкость стремится уменьшить границу площадь своего соприкосновения с твёрдым телом, по возможности отступая от него. Капля такой жидкости на горизонтальной поверхности твёрдого тела примет форму сплюснутого шара. В этом случае жидкость называется несмачивающей твёрдое тело. В этом случае твёрдая поверхность, несмачиваемая жидкостью называется гидрофобной, или олоефильной.
Если же силы сцепления между молекулами жидкости меньше, чем между молекулами жидкости и твёрдого тела, то жидкость стремится увеличить границу соприкосновения с твёрдым телом. Поверхность же будет носить название гидрофильная. Однако это практически никогда не наблюдается, так как между молекулами жидкости и твёрдого тела всегда действуют силы притяжения. Полное смачивание или полное несмачиваение являются крайними случаями. Между ними в зависимости от соотношения молекулярных сил промежуточное положение занимают переходные случаи неполного смачивания. Смачиваемость и несмачиваемость — понятия относительные: жидкость,смачивающая одно твёрдое тело, может не смачивать другое тело.
Например,вода смачивает стекло, но не смачивает парафин; ртуть не смачивает стекло, но смачивает медь. Смачивание обычно трактуется как результат действия сил поверхностного натяжения. В случае равновесия все силы должны уравновешивать друг друга. Определённое влияние на смачивание оказывает состояние поверхности. Смачиваемость резко меняется уже при наличии мономолекулярного слоя углеводородов. Последние же всегда присутствуют в атмосфере в достаточных количествах.
Определённое влияние на смачивание оказывает и микрорельеф поверхности. Однако до настоящего времени пока не выявлена единая закономерность влияния шероховатости любой поверхности на смачивание её любой жидкостью. Однако на практике это уравнение не всегда соблюдается. Исходя из этого и даются, как правило, сведения о влиянии шероховатости на смачивание. По мнению многих авторов, скорость растекания жидкости на шероховатой поверхности ниже вследствие того, что жидкость при растекании испытывает задерживающее влияние встречающихся бугорков гребней шероховатостей.
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.
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от природы жидкости, от температуры и от наличия примесей. При увеличении температуры он уменьшается. Примеси в основном уменьшают некоторые увеличивают коэффициент поверхностного натяжения. Таким образом, поверхностный слой жидкости представляет собой как бы эластичную растянутую пленку, охватывающую всю жидкость и стремящуюся собрать ее в одну «каплю». Такая модель эластичная растянутая пленка позволяет определять направление сил поверхностного натяжения. Например, если пленка под действием внешних сил растягивается, то сила поверхностного натяжения будет направлена вдоль поверхности жидкости против растяжения. Однако это состояние существенно отличается от натяжения упругой резиновой пленки. Упругая пленка растягивается за счет увеличения расстояния между частицами, при этом сила натяжения возрастает, при растяжении же жидкой пленки расстояние между частицами не меняется, а увеличение поверхности достигается в результате перехода молекул из толщи жидкости в поверхностный слой. Поэтому при увеличении поверхности жидкости сила поверхностного натяжения не изменяется она не зависит от площади поверхности. Поведение жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами жидкости или сцепление молекул жидкости с молекулами твердого тела. Смачивание — явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел. Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют смачивающей; если силы притяжения жидкости и твердого тела меньше сил притяжения между молекулами жидкости, то жидкость называют несмачивающей это тело. Одна и та же жидкость может быть смачивающей и несмачивающей по отношению к разным телам. Так, вода смачивает стекло и не смачивает жирную поверхность, ртуть не смачивает стекло, а смачивает медь. Смачивание или несмачивание жидкостью стенок сосуда, в котором она находится, влияет на форму свободной поверхности жидкости в сосуде.
Почему поверхностное натяжение зависит от вида жидкости
Как работает поверхностное натяжение воды? Поверхностное натяжение в воде связано с тем, что молекулы воды притягиваются друг к другу, так как каждая молекула образует связь с соседними. Смотрите также какой состав у каменной соли Какая из следующих жидкостей, вероятно, будет иметь наибольшее поверхностное натяжение? Поскольку водородная связь сильнее, чем диполь-дипольные силы и дисперсионные силы Лондона, молекулы, удерживаемые водородной связью, будут больше притягиваться друг к другу. Это приводит к высокому поверхностному натяжению. Какие факторы влияют на поверхностное натяжение? По мере снижения температуры, поверхностное натяжение увеличивается. И наоборот, при сильном уменьшении поверхностного натяжения; поскольку молекулы становятся более активными с повышением температуры, становясь нулевыми при температуре кипения и исчезающими при критической температуре. Добавление химических веществ к жидкости изменит ее характеристики поверхностного натяжения. Все ли жидкости обладают поверхностным натяжением?
Поверхностное натяжение зависит в основном от сил притяжения между частицами внутри данная жидкость а также на газ, твердое тело или жидкость, соприкасающиеся с ним. Почему вода имеет большую удельную теплоемкость? Вода имеет более высокую удельную теплоемкость из-за прочности водородных связей. Для разделения этих связей требуется значительная энергия. Связано ли поверхностное натяжение с вязкостью? Поверхностное натяжение зависит от сил сцепления молекул, а вязкость связана с касательное напряжение в растворе. У кого больше поверхностное натяжение у воды или меда? И вязкость, и поверхностное натяжение зависят от межмолекулярных сил между молекулами жидкости. Мед, будучи более вязким, чем вода, неимеют более высокое поверхностное натяжение.
В чем разница между вязкостью и поверхностным натяжением воды? Поверхностное натяжение можно рассматривать как явление, возникающее в жидкостях из-за неуравновешенных межмолекулярных сил, тогда как вязкость происходит за счет сил, действующих на движущиеся молекулы. Поверхностное натяжение присутствует как в движущихся, так и в неподвижных жидкостях, а вязкость проявляется только в движущихся жидкостях. Почему поверхностное натяжение увеличивается с межмолекулярными силами? Чем сильнее межмолекулярные взаимодействия, тем больше поверхностное натяжение. Имеют ли более вязкие жидкости более высокое поверхностное натяжение?
Гипотеза 3. Поверхностное натяжение жидкости не зависит от температуры. Из теории я узнал, что молекулы воды испытывают силы взаимного притяжения. Именно благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. На молекулы внутри воды силы притяжения других молекул действуют со всех сторон, а молекулы на поверхности воды не имеют соседей снаружи, и их сила притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. Поверхностный слой находится в натяжении, которое называется поверхностным. Благодаря этому натяжению поверхность жидкости ведет себя подобно упругой пленке. Для того, чтобы разорвать поверхность воды, требуется усилие, причем, как это ни странно, довольно значительное. Я решил определить существование поверхностного натяжения с помощью опытов. Водяная горка. Я взял стакан, наполнил его водой до краев и стал добавлять воду пипеткой по капельке. В процессе я понял, что эта процедура занимает много времени. Вода не скоро начнет выливаться из стакана. Поверхность воды приподнялась над краями стакана и ведет себя так, будто ее удерживает эластичная пленка. С увеличением объема жидкости пленка «растягивается», и образуется водяная «горка». Это явление в физике называется поверхностным натяжением. Нетонущая скрепка.
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.
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. Их добавляют, например, в жидкие моющие 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 грязных крапин после высыхания см.
Что такое поверхностное натяжение?
Коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Н/м. Величина σ зависит от рода жидкости, температуры, наличия при-месей. ма») называется коэффициентом поверхностного натяжения и зависит от природы соприкасающихся сред и от их состояния. Следовательно, силы поверхностного натяжения будут действовать слабее. Поверхностное натяжение жидкости зависит от. Причины поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение жидкости: определение в физике. Как определить коэффициент поверхностного натяжения, формула, примеры решения.
Поверхностные явления
'В таблице 4 показано как зависит поверхностное натяжение и вязкость воды от ее температуры. #ФизикаЖидкостиKhanAcademyВ этом видео мы поговорим о том, почему иголка может свободно плавать на поверхности воды, но тут же утонет, если на неё надавать. Высота подъема влаги зависит от радиуса капилляра и свойств жидкости, таких как поверхностное натяжение и вязкость.