Napięcie powierzchniowe i włoskowatość

Napięcie powierzchniowe i włoskowatość

Cząsteczki cieczy przyciągają się wzajemnie. Jest to przejaw oddziaływania elektromagnetycznego. Siły te nazywamy siłami spójności. Siły działające na cząsteczki wewnątrz cieczy się równoważą, natomiast na cząsteczki leżące na powierzchni działa siła wypadkowa do środka cieczy (cząsteczki są wciągane do wnętrza cieczy). Siłę tą nazywamy siłą napięcia powierzchniowego.

Aby wydobyć cząsteczkę z głębi cieczy na jej powierzchnię, należy działać na nią siłą przeciwną do siły wypadkowej, więc należy przy tym wykonać pracę. Wykonana praca jest równa zmianie energii potencjalnej cząsteczki. Oznacza to, że cząsteczki przy powierzchni cieczy mają większą energię niż cząsteczki znajdujące się w głębi cieczy. Zgodnie z ogólnym prawem przyrody każdy układ cząsteczek dąży do znalezienia się w stanie o minimalnej energii. Skoro energia cząsteczek przy powierzchni jest duża to w nieobecności sił zewnętrznych ciecz dąży do przybrania takiego kształtu, dla którego przy określonej objętości powierzchnia jest jak najmniejsza. Z geometrii wiadomo, że taki kształt ma kula. Dlatego krople deszczu mają kształt kulisty i w stanie nieważkości każda ciecz przyjmuje kształt kuli. Obok znajduje się zdjęcie kuleczek rtęci znajdujących się płytce szklanej. Dążenie cieczy do zmniejszenia swojej powierzchni prowadzi do tego, że na granicy pomiędzy warstwą powierzchniową i ciałem stałym powstają siły napięcia powierzchniowego. Można się o tym przekonać kładąc płasko żyletkę na powierzchni wody (wtedy pływa ona na powierzchni) 

 

Bańki mydlane

Napięcie powierzchniowe odpowiedzialne jest również za tworzenie się baniek mydlanych.

Napięcie powierzchniowe wody można zmienić, zmieniając temperaturę wody lub dodając do wody różne związki chemiczne zwane detergentami. Ma to znaczenie podczas prania brudnych ubrań. Pranie polega na zanurzeniu ubrania w wodzie i doprowadzeniu do rozpuszczenia się w niej brudów z tkaniny. Aby jednak woda mogła wypłukać brud z tkaniny, musi tę tkaninę zwilżyć. To oznacza, że siły przylegania między cząsteczkami wody powinny być mniejsze niż siły przylegania między cząsteczkami tkaniny a cząsteczkami wody. Podwyższenie temperatury wody i dodanie detergentów zwiększa zwilżanie i skuteczność prania.

Możliwość mieszania różnych cieczy zależy od tego, czy siły oddziaływania między cząsteczkami różnych cieczy są mniejsze, czy też większe od sił spójności. Przykładowo olej i benzyna nie miesza się z wodą, ale olej miesza się z benzyną.