Cause di tensione superficiale, esempi, applicazioni ed esperimenti

IL tensione superficiale È una proprietà fisica che tutti i liquidi presenti ed è caratterizzato dalla resistenza che le loro superfici si oppongono a qualsiasi aumento della loro area. Questo è lo stesso che dire che questa superficie cercherà l'area meno possibile. Questo fenomeno intreccia diversi concetti chimici, come coesione, adesione e forze intermolecolari.

La tensione superficiale è responsabile della formazione delle curvature della superficie dei fluidi nei contenitori tubolari (cilindri graduati, colonne, provette, ecc.). Questi possono essere concavi (Curved Valley) o Convex (Curved Dome). Molti fenomeni fisici possono essere spiegati considerando i cambiamenti subiti dalla tensione superficiale di un liquido.

Le forme sferiche adottate dalle gocce d'acqua sulle foglie sono in parte dovute alla loro tensione superficiale. Fonte: foto scattata dall'utente di Flickr Tanakawho [CC di (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.0)]

Uno di questi fenomeni è la tendenza che le molecole dei liquidi devono agglomerarsi sotto forma di gocce, quando si appoggiano su superfici che le respingono. Ad esempio, le gocce d'acqua che vediamo sopra le foglie non possono bagnarla a causa della sua collina, superficie idrofobica.

Tuttavia, arriva un momento in cui la gravità esercita il suo ruolo e la goccia viene versata come una colonna d'acqua. Un fenomeno simile si verifica nelle gocce sferiche di Mercurio quando viene versato un termometro.

D'altra parte, la tensione delle acque superficiali è la più importante di tutte, in quanto contribuisce e organizza lo stato dei corpi microscopici nei mezzi acquosi, come le cellule e le loro membrane lipidiche. Inoltre, questa tensione è responsabile dell'acqua evaporare lentamente e alcuni corpi più densi che possono galleggiare sulla sua superficie.

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Cause di tensione superficiale

La spiegazione del fenomeno della tensione superficiale è a livello molecolare. Le molecole di un liquido interagiscono tra loro, in modo che siano coerenti nei loro movimenti irregolari. Una molecola interagisce con i suoi vicini accanto e quelli che sono sopra o sotto di essa.

Tuttavia, ciò non accade lo stesso con le molecole della superficie del liquido, che sono in contatto con l'aria (o qualsiasi altro gas) o con un solido. Le molecole di superficie non possono coeso con quelle dell'ambiente esterno.

Di conseguenza, non sperimentano alcuna forza che li attiri; Solo giù, dai suoi vicini del mezzo liquido. Per contrastare questo squilibrio, le molecole di superficie sono "schiacciate", perché solo allora riescono a superare la forza che le spinge verso il basso.

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Viene quindi creata una superficie in cui le molecole sono in uno smaltimento più teso. Se una particella vuole penetrare nel liquido, deve prima attraversare questa barriera molecolare proporzionale alla tensione superficiale di detto liquido. Lo stesso vale per una particella che vuole fuggire nell'ambiente esterno dalle profondità del liquido.

Pertanto, la sua superficie si comporta come se fosse un film elastico che mostra resistenza alla deformazione.

Unità

La tensione superficiale è generalmente rappresentata con il simbolo γ ed è espressa in unità N/M, forza per lunghezza. Tuttavia, il più delle volte la tua unità è DYN/CM. Uno può diventare l'altro attraverso il prossimo fattore di conversione:

1 dyn/cm = 0,001 n/m

Tensione delle acque superficiali

L'acqua è l'Occidente e più sorprendente di tutti i liquidi. La sua tensione superficiale, così come molte delle sue proprietà, hanno un valore insolitamente alto: 72 dyn/cm a temperatura ambiente. Questo valore può aumentare a 75,64 dyn/cm, a una temperatura di 0 ºC; o diminuire a 58,85 ºC, a una temperatura di 100 ºC.

Queste osservazioni hanno senso se si considera che la barriera molecolare sia ancora più tesa a temperature vicino al punto di congelamento, o "allentare" un po 'di più intorno al punto di ebollizione.

L'acqua ha una grande tensione superficiale seguendo i suoi ponti idrogeno. Se questi sono noti all'interno del liquido, sono ancora più in superficie. Le molecole d'acqua sono fortemente intrecciate formando interazioni dipolo-dipolo di tipo H₂OH, OH.

Le molecole d'acqua si attirano a vicenda; Sono collegati da ponti idrogeno

L'efficienza delle sue interazioni è tale che la barriera molecolare acquosa può persino sostenere alcuni corpi prima di affondare. Nelle sezioni di applicazioni ed esperimenti questo punto verrà ripreso.

Altri esempi

Tutti i liquidi hanno tensioni superficiali, in misura minore o maggiore rispetto a quella dell'acqua, o se sono sostanze o soluzioni pure. Quanto sono forti e tesi le barriere molecolari delle loro superficiali, dipenderà direttamente dalle sue interazioni intermolecolari, oltre a fattori strutturali ed energetici.

Gas condensati

Ad esempio, le molecole di gassa in stato liquido interagiscono tra loro solo attraverso forze dispersive a Londra. Ciò concorda con il fatto che le loro tensioni superficiali abbiano valori bassi:

-Elio liquido, 0,37 dyn/cm a -273 ºC

Può servirti: cloruro di ammonio (NH4Cl)

-Azoto liquido, 8,85 dyn/cm a -196 ºC

-Ossigeno liquido, 13,2 dyn/cm a -182 ºC

La tensione superficiale dell'ossigeno liquido è maggiore di quella dell'elio perché le sue molecole hanno una massa maggiore.

Liquidi apolari

Dai liquidi apolari e organici, dovrebbero avere tensioni superficiali più elevate rispetto a quelle di questi gas condensati. Tra alcuni di loro abbiamo quanto segue:

-Dieteleter, 17 dyn/cm a 20 ºC

-N-Hexano, 18.40 dyn/cm a 20 ºC

-N-Ottano, 21,80 dyn/cm a 20 ºC

-Toluene, 27,73 dyn/cm a 25 ºC

Una tendenza simile si osserva per questi liquidi: la tensione superficiale viene aumentata all'aumentare delle sue masse molecolari. Comunque, il N-L'ottano dovrebbe, secondo questo, avere la massima tensione superficiale e non il toluene. Qui entrano in gioco le strutture molecolari e le geometrie.

Le molecole di toluene, piano e anillari hanno interazioni più efficaci di quelle dei N-ottano. Pertanto, la superficie del toluene è "tesa" rispetto alla superficie del N-ottano.

Liquidi polari

Essere più forte dipolo-dipolo. Ma non è sempre il caso. Tra alcuni esempi che abbiamo:

-Acido acetico, 27,60 dyn/cm a 20 ºC

-Acetone, 23,70 dyn/cm a 20 ºC

-Sangue, 55,89 dyn/cm a 22 ° C

-Etanolo, 22,27 Dyn/cm a 20 ºC

-Glicerolo, 63 dyn/cm a 20 ºC

-Cloruro di sodio fuso, 163 dyn/cm a 650 ºC

-Soluzione NaCl 6 M, 82,55 dyn/cm a 20 ºC

Il cloruro di sodio fuso dovrebbe avere un'enorme tensione superficiale: è un liquido viscoso e ionico.

D'altra parte, il mercurio è uno dei liquidi con la più alta tensione superficiale: 487 dyn/cm. In esso, la sua superficie è composta da atomi di mercurio fortemente coesi, molto più di quanto le molecole d'acqua possano essere.

Applicazioni

Alcuni insetti usano la tensione superficiale dell'acqua per camminarci sopra. Fonte: Pixabay.

La sola tensione superficiale manca di applicazioni. Tuttavia, ciò non significa che non sia coinvolto in diversi fenomeni quotidiani, che se non ci fossero, non accaderebbero.

Ad esempio, le zanzare e altri insetti sono in grado di camminare nell'acqua. Questo perché le loro gambe idrofobiche respingono l'acqua, allo stesso tempo in cui la loro piccola massa consente loro.

La tensione superficiale incontra anche un ruolo nella bagnatura dei fluidi. Maggiore è la sua tensione superficiale, minore è la sua tendenza a trapelare attraverso i pori o i pulcini di un materiale. Oltre a ciò, sono liquidi pochi utili per pulire le superfici.

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Detergenti

È qui che agiscono i detergenti, riducendo la tensione superficiale dell'acqua e aiutandola a coprire superfici maggiori; migliorando il tuo degreaser. Diminuendo la sua tensione superficiale, ospita molecole d'aria, con cui si forma bolle.

Emulsioni

D'altra parte, basse tensioni più alte sono legate alla stabilizzazione delle emulsioni, molto importanti nella formulazione di diversi prodotti.

Semplici esperimenti

Clip di metallo galleggiante a causa della tensione delle acque superficiali. Fonte: Alvesgaspar [CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Infine, saranno citati alcuni esperimenti che possono essere fatti in qualsiasi spazio domestico.

Esperimento di clip

In un bicchiere con acqua fredda una clip metallica viene posizionata sulla sua superficie. Come visto nell'immagine superiore, la clip rimarrà a galla grazie alla tensione superficiale dell'acqua. Ma se un po 'di lava loza viene aggiunto al vetro, la tensione superficiale diminuirà drasticamente e la clip affonderà improvvisamente.

Barchetta di carta

Se abbiamo una nave di carta o una tavolozza di legno e se si lavi il piccolo o il detergente, viene aggiunta nella testa di un tampone, si verificherà un fenomeno interessante: ci sarà una repulsione che li diffonderà verso i bordi del vetro. La nave di carta e la tavolozza di legno si allontaneranno dal tampone imbrattata con detergente.

Un altro esperimento simile e più grafico è ripetere la stessa operazione, ma in un secchio d'acqua spruzzato con pepe nero. Le particelle di pepe nero si allontaneranno e la superficie andrà dal pepe per essere cristallina, con i bordi ai bordi.

Riferimenti

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