SỨC CĂNG BỀ MẶT: NGUYÊN NHÂN, VÍ DỤ, ỨNG DỤNG VÀ THÍ NGHIỆM - HÓA HỌC - 2026

Sức căng bề mặt là một tính chất vật lý có tất cả các chất lỏng và được đặc trưng bởi khả năng chống lại bề mặt của chúng chống lại bất kỳ sự gia tăng nào về diện tích của nó. Điều này cũng giống như nói rằng bề mặt đã nói sẽ tìm kiếm diện tích nhỏ nhất có thể. Hiện tượng này đan xen một số khái niệm hóa học, chẳng hạn như lực dính, kết dính và lực liên phân tử.

Sức căng bề mặt là nguyên nhân hình thành độ cong bề mặt của chất lỏng trong các bình hình ống (ống đong chia độ, cột, ống nghiệm, v.v.). Chúng có thể lõm (cong hình thung lũng) hoặc lồi (cong hình vòm). Nhiều hiện tượng vật lý có thể được giải thích bằng cách xem xét những thay đổi mà sức căng bề mặt của chất lỏng trải qua.

Hình dạng hình cầu mà những giọt nước đọng trên lá một phần là do sức căng bề mặt của chúng. Nguồn: ảnh do người dùng flickr tanakawho chụp

Một trong những hiện tượng này là xu hướng của các phân tử chất lỏng kết tụ dưới dạng giọt, khi chúng nằm trên các bề mặt đẩy lùi chúng. Ví dụ, những giọt nước mà chúng ta nhìn thấy trên đầu lá, không thể làm ướt nó do bề mặt kỵ nước của nó.

Tuy nhiên, sẽ có lúc trọng lực đóng vai trò của nó và giọt nước tràn ra ngoài như một cột nước. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra đối với những giọt thủy ngân hình cầu khi bị tràn ra khỏi nhiệt kế.

Mặt khác, sức căng bề mặt của nước là quan trọng nhất, vì nó góp phần và tổ chức trạng thái của các vi thể trong môi trường nước, chẳng hạn như tế bào và màng lipid của chúng. Ngoài ra, lực căng này là nguyên nhân dẫn đến thực tế là nước bay hơi chậm và một số vật thể đặc hơn mức có thể nổi trên bề mặt của nó.

Nguyên nhân của sức căng bề mặt

Giải thích cho hiện tượng căng bề mặt là ở cấp độ phân tử. Các phân tử của chất lỏng tương tác với nhau, theo cách mà chúng gắn kết trong các chuyển động thất thường của chúng. Một phân tử tương tác với những người lân cận bên cạnh nó và với những người ở trên hoặc dưới nó.

Tuy nhiên, điều này không xảy ra tương tự với các phân tử trên bề mặt chất lỏng, tiếp xúc với không khí (hoặc bất kỳ chất khí nào khác), hoặc với chất rắn. Các phân tử trên bề mặt không thể gắn kết với các phân tử của môi trường bên ngoài.

Kết quả là, họ không gặp bất kỳ lực nào kéo họ lên trên; chỉ đi xuống, từ các nước láng giềng của nó trong môi trường lỏng. Để chống lại sự mất cân bằng này, các phân tử trên bề mặt "ép chặt", bởi vì chỉ bằng cách này, chúng mới có thể thắng được lực đẩy chúng xuống.

Sau đó, một bề mặt được tạo ra nơi các phân tử sắp xếp căng hơn. Nếu một hạt muốn xuyên qua chất lỏng, trước tiên nó phải vượt qua hàng rào phân tử này tỷ lệ với sức căng bề mặt của chất lỏng nói trên. Điều tương tự cũng áp dụng cho một hạt muốn thoát ra môi trường bên ngoài từ độ sâu của chất lỏng.

Do đó, bề mặt của nó hoạt động như thể nó là một màng đàn hồi cho thấy khả năng chống biến dạng.

Các đơn vị

Sức căng bề mặt thường được biểu thị bằng ký hiệu γ và được biểu thị bằng đơn vị N / m, lực nhân với chiều dài. Tuy nhiên, hầu hết thời gian đơn vị của nó là dyn / cm. Một có thể được chuyển đổi thành khác bằng hệ số chuyển đổi sau:

1 dyn / cm = 0,001 N / m

Sức căng bề mặt của nước

Nước là chất hiếm nhất và tuyệt vời nhất trong tất cả các chất lỏng. Sức căng bề mặt cũng như một số đặc tính của nó cao bất thường: 72 dyn / cm ở nhiệt độ phòng. Giá trị này có thể tăng lên 75,64 dyn / cm, ở nhiệt độ 0 ºC; hoặc giảm xuống 58,85 ºC, ở nhiệt độ 100 ºC.

Những quan sát này có ý nghĩa khi bạn cho rằng hàng rào phân tử thắt chặt hơn nữa ở nhiệt độ gần đóng băng, hoặc "lỏng" hơn một chút xung quanh điểm sôi.

Nước có sức căng bề mặt cao do các liên kết hydro của nó. Nếu bản thân chúng có thể nhận thấy được bên trong chất lỏng, thì chúng thậm chí còn rõ ràng hơn trên bề mặt. Các phân tử nước bị cuốn vào nhau mạnh mẽ, tạo thành tương tác lưỡng cực-lưỡng cực của loại H ₂ O-HOH.

Các phân tử nước bị hút vào nhau; được liên kết bởi liên kết hydro

Đó là hiệu quả của các tương tác của chúng mà hàng rào phân tử nước thậm chí có thể hỗ trợ một số vật thể trước khi chúng chìm xuống. Trong phần ứng dụng và thử nghiệm, chúng ta sẽ quay lại điểm này.

Những ví dụ khác

Tất cả các chất lỏng đều có sức căng bề mặt, ở mức độ nhỏ hơn hoặc lớn hơn nước, hoặc chúng là chất hay dung dịch tinh khiết. Các rào cản phân tử trên bề mặt của nó mạnh và căng như thế nào sẽ phụ thuộc trực tiếp vào tương tác giữa các phân tử của chúng, cũng như các yếu tố cấu trúc và năng lượng.

Khí ngưng tụ

Ví dụ, các phân tử của chất khí ở trạng thái lỏng chỉ tương tác với nhau thông qua lực phân tán Luân Đôn. Điều này phù hợp với thực tế là sức căng bề mặt của chúng có giá trị thấp:

- Heli lỏng, 0,37 dyn / cm ở -273 ºC

- Nitơ lỏng, 8,85 dyn / cm ở -196 ºC

- Oxy lỏng, 13,2 dyn / cm ở -182 ºC

Sức căng bề mặt của oxy lỏng cao hơn sức căng của heli vì các phân tử của nó có khối lượng lớn hơn.

Chất lỏng không phân cực

Các chất lỏng hữu cơ và không phân cực được cho là có sức căng bề mặt cao hơn các chất khí ngưng tụ này. Trong số đó, chúng tôi có những điều sau:

-Dietilether, 17 dyn / cm ở 20 ºC

- n-Hexan, 18,40 dyn / cm ở 20 ° C

- n -Octan, 21,80 dyn / cm ở 20 ° C

-Toluene, 27,73 dyn / cm ở 25 ºC

Một xu hướng tương tự cũng được quan sát đối với những chất lỏng này: sức căng bề mặt tăng khi khối lượng phân tử của chúng tăng lên. Tuy nhiên, do đó n -octan phải có sức căng bề mặt cao nhất chứ không phải toluen. Ở đây cấu trúc phân tử và hình học phát huy tác dụng.

Các phân tử Toluen, phẳng và hình vòng, có nhiều tương tác hiệu quả hơn n -octan. Do đó, bề mặt của toluen "chặt" hơn bề mặt của n -octan.

Chất lỏng phân cực

Khi có các tương tác lưỡng cực-lưỡng cực mạnh hơn giữa các phân tử của chất lỏng phân cực, xu hướng của chúng là thể hiện sức căng bề mặt cao hơn. Nhưng đây không phải là luôn luôn như vậy. Trong số một số ví dụ, chúng tôi có:

-Axit axit, 27,60 dyn / cm ở 20 ºC

-Acetone, 23,70 dyn / cm ở 20 ºC

-Blood, 55,89 dyn / cm ở 22 ºC

-Ethanol, 22,27 dyn / cm ở 20 ºC

-Glycerol, 63 dyn / cm ở 20 ºC

- Natri clorua được sử dụng, 163 dyn / cm ở 650 ºC

- Dung dịch NaCl 6 M, 82,55 dyn / cm ở 20 ºC

Natri clorua nóng chảy được cho là có sức căng bề mặt rất lớn - nó là một chất lỏng ion, nhớt.

Mặt khác, thủy ngân là một trong những chất lỏng có sức căng bề mặt cao nhất: 487 dyn / cm. Trong đó, bề mặt của nó bao gồm các nguyên tử thủy ngân liên kết mạnh mẽ, nhiều hơn những phân tử nước có thể có.

Các ứng dụng

Một số côn trùng sử dụng sức căng bề mặt của nước để có thể đi trên nó. Nguồn: Pixabay.

Chỉ riêng sức căng bề mặt không có ứng dụng nào. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là nó không liên quan đến các hiện tượng hàng ngày khác nhau, mà nếu chúng không tồn tại, sẽ không xảy ra.

Ví dụ, muỗi và các côn trùng khác có thể đi qua nước. Điều này là do các chân kỵ nước của chúng đẩy lùi nước, trong khi khối lượng thấp cho phép chúng nổi trên hàng rào phân tử mà không rơi xuống đáy sông, hồ, ao, v.v.

Sức căng bề mặt cũng đóng một vai trò trong tính thấm ướt của chất lỏng. Sức căng bề mặt của nó càng cao thì xu hướng rò rỉ qua các lỗ rỗng hoặc vết nứt trên vật liệu càng ít. Ngoài ra, chúng không phải là chất lỏng rất hữu ích để làm sạch bề mặt.

Chất tẩy rửa

Đây là nơi mà chất tẩy rửa hoạt động, làm giảm sức căng bề mặt của nước và giúp nó bao phủ các bề mặt lớn hơn; đồng thời cải thiện hoạt động tẩy dầu mỡ của nó. Bằng cách giảm sức căng bề mặt của nó, nó nhường chỗ cho các phân tử không khí tạo thành bong bóng.

Nhũ tương

Mặt khác, lực căng bên trên thấp hơn có liên quan đến sự ổn định của nhũ tương, điều này rất quan trọng trong việc tạo ra các loại sản phẩm khác nhau.

Thí nghiệm đơn giản

Kẹp kim loại nổi do sức căng bề mặt của nước. Nguồn: Alvesgaspar

Cuối cùng, một số thí nghiệm có thể được thực hiện trong bất kỳ không gian trong nước nào sẽ được trích dẫn.

Clip thí nghiệm

Một kẹp kim loại được đặt trên bề mặt của nó trong một cốc nước lạnh. Như đã thấy trong hình trên, clip sẽ nổi nhờ sức căng bề mặt của nước. Nhưng nếu cho một ít dung nham sứ vào ly, sức căng bề mặt sẽ giảm đột ngột và kẹp giấy sẽ đột ngột chìm xuống.

Thuyền giấy

Nếu trên bề mặt chúng ta có một chiếc thuyền giấy hoặc một pallet gỗ, và nếu cho miếng rửa chén hoặc chất tẩy rửa vào đầu tăm bông, thì một hiện tượng thú vị sẽ xảy ra: sẽ có một lực đẩy truyền chúng về phía các cạnh của kính. Thuyền giấy và pallet gỗ sẽ di chuyển khỏi miếng gạc dính chất tẩy rửa.

Một thí nghiệm đồ họa khác và tương tự hơn bao gồm lặp lại thao tác tương tự, nhưng trong một xô nước có rắc hạt tiêu đen. Các hạt tiêu đen sẽ trôi đi và bề mặt sẽ chuyển từ hạt tiêu được bao phủ sang màu trong như pha lê, các hạt tiêu có các cạnh.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Wikipedia. (Năm 2020). Sức căng bề mặt. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. USGS. (sf). Sức căng bề mặt và nước. Phục hồi từ: usgs.gov
4. Jones, Andrew Zimmerman. (Ngày 12 tháng 2 năm 2020). Sức căng bề mặt - Định nghĩa và Thí nghiệm. Phục hồi từ: thinkco.com
5. Susanna Laurén. (Ngày 15 tháng 11 năm 2017). Tại sao sức căng bề mặt lại quan trọng? Khoa học Biolin. Phục hồi từ: blog.biolinscientific.com
6. Khoa học làm cha mẹ tân binh. (Ngày 07 tháng 11 năm 2019). Sức căng bề mặt là gì - Thí nghiệm khoa học tuyệt vời. Phục hồi từ: rookieparenting.com
7. Jessica Munk. (Năm 2020). Thí nghiệm sức căng bề mặt. Học. Phục hồi từ: study.com
8. Đứa trẻ nên xem điều này. (Năm 2020). Bảy thí nghiệm về sức căng bề mặt - Cô gái Vật lý. Phục hồi từ: thekidshouldseethis.com