Проанализировав зависимость поверхностного натяжения жидкости от ее температуры, приходим к выводу, что поверхностное натяжение уменьшается с ростом температуры (с увеличением скорости движения молекул).
2.2.3. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения
Например, молекулы воды образуют водородные связи, что приводит к высокому коэффициенту поверхностного натяжения, а углеводороды обычно имеют низкий коэффициент поверхностного натяжения. Зависимость от наличия примесей Наличие примесей в жидкости может также влиять на величину коэффициента поверхностного натяжения. Примеси могут изменять межмолекулярные взаимодействия, приводя к изменению силы сцепления молекул у поверхности. Например, добавление поверхностно-активных веществ, таких как мыло или детергенты, может снизить коэффициент поверхностного натяжения. Это происходит за счет того, что эти вещества изменяют ориентацию молекул и уменьшают силу межмолекулярного взаимодействия. Зависимость от температуры жидкости Температура также оказывает значительное влияние на коэффициент поверхностного натяжения.
Они взаимодействуют с водой сильнее, чем молекулы воды между собой. Явление изменения концентрации вещества в поверхностном слое жидкости в результате его самопроизвольного перехода из объема фазы называется адсорбцией.
Адсорбционное равновесие определяется двумя процессами: притяжением молекул к поверхности под действием межмолекулярных сил и тепловым движением, стремящимся восстановить равенство концентраций в поверхностном слое и объеме фазы. Адсорбцию растворенного вещества на границе раствор — воздух целесообразно рассматривать с термодинамических позиций и связывать ее с изменением энергии поверхности или ее поверхностного натяжения. Гиббс установил зависимость между избытком адсорбированного вещества в поверхностном слое Г, активностью растворенного вещества в растворе a и поверхностным натяжением s на границе жидкость — газ: 3. Из уравнения Гиббса 3. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации для ПАВ достаточно точно подчиняется эмпирическому уравнению, выведенному Б. Шишковским: , 3. Дифференцируя 3.
Согласно Ленгмюру в условиях предельной адсорбции на границе раздела жидкость — газ образуется слой поверхностно-активного вещества толщиной в 1 молекулу мономолекулярный слой , в котором адсорбированные молекулы ориентируются вертикально, занимая на поверхности минимальную площадь. Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.
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. Вычислите коэффициент поверхностного натяжения. Решение Найдем массу одной капли и длину окружности.
Поверхностное натяжение Свойства поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение. Физическая химия.
Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение
Это приводит к тому, что площадь свободной поверхности стремится принять минимальное значение. Проанализируйте зависимость поверхностного натяжения данной жидкости от температуры, используя таблицу с. Как будет изменяться высота подъема жидкости в капиллярной трубке при изменении температуры жидкости?
Посмотрим же на смачивание и не смачивание в эксперименте. Капля воды на парафине не смачивание. Капля воды на стекле смачивание. Капля ртути не смачивание.
И есть еще один волшебный опыт от Павла Андреевича. Если закоптить некоторую поверхность, а после капнуть на нее аккуратно водичкой, то капля воды будет вести себя как при полном не смачивании практически. Очень симпатишно! 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.
Из-за этого полярные молекулы жидкости сильнее притягиваются друг к другу и образуют более сильные взаимодействия между соседними молекулами. В результате, полярные жидкости имеют более высокое поверхностное натяжение по сравнению с неполярными жидкостями. Поверхностное натяжение полярных жидкостей проявляется в форме устойчивой пленки на поверхности, которая удерживает молекулы жидкости внутри и не позволяет им легко выходить из нее. Неполярные жидкости, такие как масло или толуол, имеют слабый или отсутствующий дипольный момент. Взаимодействия между молекулами таких жидкостей менее сильны, что приводит к более низкому поверхностному натяжению. Это проявляется в виде менее стабильной пленки на поверхности неполярной жидкости.
Роль межмолекулярных взаимодействий в поверхностном натяжении Межмолекулярные взаимодействия играют важную роль в формировании поверхностного натяжения. Эти взаимодействия могут быть различными в зависимости от рода жидкости — молекулярных веществ, которые составляют данную жидкость. Вода, например, обладает высоким поверхностным натяжением благодаря сильным водородным связям между молекулами. Когда вода находится в контакте с воздухом, возникает напряженная плотная пленка на ее поверхности, которая имеет свойство сокращаться. При наличии слабых межмолекулярных взаимодействий на поверхности жидкости образуется слабая плёнка и, следовательно, меньшее поверхностное натяжение.
Силы, действующие на молекулы на поверхности и внутри жидкости. На каждую молекулу внутри жидкости действуют силы притяжения соседних молекул, окружающих ее со всех сторон см. Равнодействующая этих сил равна нулю. Равнодействующая же сил притяжения, действующих на молекулы поверхностного слоя, не равна нулю так как над поверхностью жидкости находится пар, плотность которого во много раз меньше, чем плотность жидкости и направлена внутрь жидкости. Под действием этой силы молекулы поверхностного слоя стремятся втянуться внутрь жидкости, число молекул на поверхности уменьшается, и площадь поверхности сокращается. Но все молекулы, разумеется, не могут уйти вовнутрь.
Поверхностное натяжение и его зависимость от температуры и рода жидкости
Как зависит поверхностное натяжение жидкости от полярности еѐ молекул? Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). 6 ответов на вопрос “Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости?”.
Почему поверхностное натяжение зависит от рода воды?
Благодаря поверхностному натяжению любой объем жидкости стремится уменьшить площадь поверхности, уменьшая таким образом и потенциальную энергию. Поверхностное натяжение — одна из упругих сил, ответственных за движение ряби на воде. В выпуклостях поверхностное тяготение и поверхностное натяжение тянут частицы воды вниз, стремясь сделать поверхность снова гладкой. Жидкостные пленки Все знают, как легко получить пену из мыльной воды. Пена — это множества пузырьков воздуха, ограниченных тончайшей пленкой из жидкости. Из жидкости, образующей пену, легко можно получить и отдельную пленку.
Эти пленки очень интересны. Они могут быть чрезвычайно тонки: в наиболее тонких частях их толщина не превосходит стотысячной доли миллиметра. Несмотря на свою тонкость, они иногда очень устойчивы. Мыльную пленку можно растягивать и деформировать, сквозь мыльную пленку может протекать струя воды, не разрушая ее. Чем же объяснить устойчивость пленок?
Непременным условием образования пленки является прибавление к чистой жидкости растворяющихся в ней веществ, притом таких, которые сильно понижают поверхностное натяжение В природе и технике мы обычно встречаемся не с отдельными пленками, а с собранием пленок — пеной. Часто можно видеть в ручьях, там, где небольшие струйки падают в спокойную воду, обильное образование пены. В этом случае способность воды пениться связана с наличием в воде особого органического вещества, выделяющегося из корней растений. В строительной технике используют материалы, имеющие ячеистую структуру, вроде пены. Такие материалы дешевы, легки, плохо проводят теплоту и звуки и достаточно прочны.
Для их изготовления добавляют в растворы, из которых образуются стройматериалы, вещества, способствующие пенообразованию. Смачивание Небольшие капельки ртути, помещенные на стеклянную пластинку, принимают шарообразную форму. Это является результатом действия молекулярных сил, стремящихся уменьшить поверхность жидкости. Ртуть, помещенная на поверхность твердого тела, не всегда образует круглые капли. Она растекается по цинковой пластинке, причем общая поверхность капельки, несомненно, увеличится.
Капля анилина имеет шарообразную форму тоже только тогда, когда она не касается стенки стеклянного сосуда. Стоит ей коснуться стенки, как она тотчас прилипает к стеклу, растягиваясь по нему и приобретая большую общую поверхность. Это объясняется тем, что в случае соприкосновения с твердым телом силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела начинают играть существенную роль. Поведение жидкости будет зависеть от того, что больше: сцепление между молекулами жидкости или сцепление молекулы жидкости с молекулой твердого тела. В случае ртути и стекла силы сцепления между молекулами ртути и стекла малы по сравнению с силами сцепления между молекулами ртути, и ртуть собирается в каплю.
Такая жидкость называется не смачивающей твердое тело. В случае же ртути и цинка силы сцепления между молекулами жидкости и твердого тела превосходят силы сцепления, действующие между молекулами жидкости, и жидкость растекается по твердому телу. В этом случае жидкость называется смачивающей твердое тело. Отсюда следует, что, говоря о поверхности жидкости, надо иметь в виду не только поверхность, где жидкость граничит с воздухом, но также и поверхность, граничащую с другими жидкостями и ли с твердым телом. В зависимости от того, смачивает ли жидкость стенки сосуда или не смачивает, форма поверхности жидкости у места соприкосновения с твердой стенкой и газом имеет тот или иной вид.
В случае несмачивания форма поверхности жидкости у края круглая, выпуклая. В случае смачивания жидкость у края принимает вогнутую форму. Капиллярные явления. В жизни мы часто имеем дело с телами, пронизанными множеством мелких каналов бумага, пряжа, кожа, различные строительные материалы, почва, дерево. Приходя в соприкосновение с водой или другими жидкостями, такие тела часто впитывают их в себя.
На этом основано действие полотенца при вытирании рук, действие фитиля в керосиновой лампе и т. Подобные явления можно также наблюдать в узких стеклянных трубочках. 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.
Водородные связи, дисперсионные силы и диполь-дипольные взаимодействия являются примерами таких сил. В зависимости от химического состава и структуры молекул, эти силы могут быть различными для разных жидкостей. Межмолекулярные силы определяют, насколько сильно молекулы притягиваются друг к другу и как они упорядочены на поверхности жидкости.
Следовательно, твердые тела, как и жидкости, обладают поверхностным натяжением. При рассмотрении явлений на границе раздела различных сред следует иметь в виду, что поверхностная энергия жидкости или твердого тела зависит не только от свойств данной жидкости или твердого тела, но и от свойств того вещества, с которым они граничат. Только если одно вещество газообразно, химически не реагирует с другим веществом и мало в нем растворяется, можно говорить просто о поверхностной энергии или коэффициенте поверхностного натяжения второго жидкого или твердого тела. Граница жидкости, газа и твердого тела Если граничат друг с другом сразу три вещества: твердое, жидкое и газообразное рис. В частности, контур, по которому граничат все три вещества, располагается на поверхности твердого тела таким образом, чтобы сумма проекций всех приложенных к каждому элементу контура сил поверхностного натяжения на направление, в котором элемент контура может перемещаться т. Из рис. В соответствии с 37. Это имеет место в двух случаях.
Наличие указанных параметров делает поверхность жидкого вещества похожей на растянутую упругую пленку, с единственной разницей, что неизменные силы в пленке непосредственно зависят от площади ее системы, а сами силы поверхностного натяжения способны самостоятельно работать. Если положить небольшую швейную иглу на поверхность воды, гладь прогнется и не даст ей утонуть. Действием внешнего фактора можно описать скольжение легких насекомых таких, как водомерки, по всей поверхности водоемов. Лапка этих членистоногих деформирует водную поверхность, тем самым увеличивая ее площадь. В результате этого возникает сила поверхностного натяжения, стремящаяся уменьшить подобное изменение площади. Равнодействующая сила будет всегда направлена исключительно вверх, компенсируя при этом действие тяжести. Результат действия поверхностного натяжения Под воздействием поверхностного натяжения небольшие количества жидких сред стремятся принять шарообразную форму, которая будет идеально соответствовать наименьшей величине окружающей среды. Приближение к шаровой конфигурации достигается тем больше, чем слабее начальные силы тяжести, так как у малых капель показатель силы поверхностного натяжения гораздо превосходит влияние тяжести. Поверхностное натяжение считается одной из важнейших характеристик поверхностей раздела фаз.
Поверхностное натяжение
Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода воды). Почему поверхностное натяжение воды зависит от рода жидкости. Рис.2.5. Зависимость поверхностного натяжения неполярной жидкости от Т. Другие вещества менее строго следуют этой зависимости, но часто отклонениями можно пренебречь, т.к. dσ/dТ слабо зависит от температуры (для воды dσ/dТ= -0,16 10-3 Дж/м2). Правильный ответ здесь, всего на вопрос ответили 1 раз: Почему поверхностное натяжение зависит от рода жидкости? Поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается, так как увеличиваются средние расстояния между молекулами жидкости. Попытаемся выяснить, как поверхностное натяжение зависит от рода жидкости, наличия примесей, температуры.
Вода с низким поверхностным натяжением
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. Причина зависимости, установленной Дюкло и Траубе, заключается в том, что с увеличением длины углеводородной цепи уменьшается растворимость органических кислот и тем самым увеличивается стремление молекул перейти из объема в поверхностный слой. Вещества, увеличивающие поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностно-неактивными или поверхностно-инактивными ПИВ. Поверхностно-инактивными веществами по отношению к воде являются неорганические электролиты — кислоты, щелочи, соли. Они взаимодействуют с водой сильнее, чем молекулы воды между собой. Явление изменения концентрации вещества в поверхностном слое жидкости в результате его самопроизвольного перехода из объема фазы называется адсорбцией. Адсорбционное равновесие определяется двумя процессами: притяжением молекул к поверхности под действием межмолекулярных сил и тепловым движением, стремящимся восстановить равенство концентраций в поверхностном слое и объеме фазы. Адсорбцию растворенного вещества на границе раствор — воздух целесообразно рассматривать с термодинамических позиций и связывать ее с изменением энергии поверхности или ее поверхностного натяжения. Гиббс установил зависимость между избытком адсорбированного вещества в поверхностном слое Г, активностью растворенного вещества в растворе a и поверхностным натяжением s на границе жидкость — газ: 3. Из уравнения Гиббса 3.
Также поверхностное натяжение зависит от наличия примесей в жидкости, потому что, чем сильнее концентрация примесей в жидкости, тем слабее силы сцепления между молекулами жидкости. 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 уже знаем, что поверхностное натяжение стремится уменьшить площадь поверхности жидкости, а поэтому, чтобы увеличить эту поверхность при неизменном поверхностном натяжении, мы должны затратить определенную энергию. Снижение же поверхностного натяжения равноценно по своему результату увеличению поверхности жидкости затрате некоторого количества энергии, чего на самом деле не происходит. Это можно сравнить с перемещением груза на санях в разное время года. Летом для перевозки на санях единицы груза придется затратить намного больше энергии, чем зимой, так как разная при этом будет сила трения полозьев о поверхность. Точно так же обстоят дела и при использовании поверхностно-активных веществ — они уменьшают водородные связи между молекулами воды и поверхность последней при этом увенчивается. Но тибетские физики или только Фланаган полагали, что снижение поверхностного натяжения происходило в результате затраты некоей энергии, поэтому они и ставили такой вопрос — откуда берется эта энергия. Ответ был так же прост, как и бездоказателен — энергию поставляют сверхновые звезды. Мне кажется, что всем давно уже должно быть ясно, что все мы живем за счет энергии одного лишь Солнца.
А от сверхновых звезд к нам приходит столько энергии, что в лучшем случае благодаря этому они сами на некоторое время становятся видимыми, а поэтому вряд ли такое количество энергии может как-то повлиять на поверхностное натяжение жидкостей. Поэтому этот исследователь и стремился в дальнейшем найти приемлемый способ понижения поверхностного натяжения воды, не поясняя механизма связи этого фактора со здоровьем человека. И если мы отбросим в сторону весь тот частокол из слов, которым Кристофер Бёрд окружил исследования Фланагана, то станет ясно, что последний нашел в хунзакутской воде одно только необычное качество — ее поверхностное натяжение было ниже поверхностного натяжения обычной воды. И все последующие исследования Фланагана велись уже только в этом направлении. Слишком даже живая. Ею можно стирать белье без мыла, отбеливателей, без стиральной машины. Но она не опьяняет человека, а дает огромный прилив сил — замечает исследователь. То, что в такой воде можно стирать без мыла, легко понять — мыло снижает поверхностное натяжение воды, а в указанном выше случае поверхностное натяжение значительно снижается не с помощью мыла, а с помощью каких-то иных веществ.
Ну и что с того — для стирки ведь важен сам фактор снижения поверхностного натяжения. Объяснение, на мой взгляд, самое простое. Такое быстрое действие алкогольных напитков объясняется очень быстрым проникновением их в кровь благодаря низкому поверхностному натяжению, а точнее — благодаря ослабленным водородным связям в этих жидкостях. Старик приобретает прыткость молодого. Здесь я снова хочу напомнить читателям, что высокое поверхностное натяжение воды обеспечивают прежде всего водородные связи, имеющиеся между молекулами воды. И если мы видим по конечному результату некоего воздействия на воду, что ее поверхностное натяжение значительно снижается, то можем предполагать, что в основе такого снижения лежит разрыв водородных связей между множеством молекул воды. Например, входя в воду, мы никак не чувствуем поверхностного натяжения этой воды и также не чувствуем суммарного действия водородных связей между молекулами воды. Но если вода замерзнет, то мы спокойно можем пройти, а то и проехать на машине по льду, — на поверхности воды нас будут удерживать водородные связи.
А при температуре нашего тела оно равно 70 единицам.
Почему поверхностное натяжение так важно? Хотя это свойство жидкостей, безусловно, интересно, оно, похоже, не играет большой роли в нашей повседневной жизни, но именно здесь вы ошибаетесь. Помимо просмотра крутых видеороликов об идеально круглых каплях воды, падающих в замедленном режиме еще один пример поверхностного натяжения или водомерки, которые двигаются со скоростью 2 метра в секунду, скользя по поверхности озера, почему поверхностное натяжение имеет значение? В некоторых отраслях поверхностное натяжение является более простым показателем загрязнения продуктов. 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. 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.
Форум самогонщиков, пивоваров, виноделов
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. Гипотеза подтверждается, поверхностное натяжение жидкости зависит от рода жидкости, т. е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Сила поверхности натяжения зависит от плотности жидкости.(следовательно и от рода жидкости). Как зависит поверхностное натяжение жидкости от полярности еѐ молекул?
Глава 6 Поверхностное натяжение: капли и молекулы
Поверхностное натяжение жидкости зависит от её рода из-за молекулярных сил, действующих на поверхности жидкости. Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости из-за различной структуры и взаимодействия молекул вещества. Как зависит поверхностное натяжение жидкости от полярности еѐ молекул?