Suyun yüzey gerilimi

Ana bölüm.

Temel özellikleri ve kalıpları anlamak sıvı hal maddeler, aşağıdaki hususlar dikkate alınmalıdır:

Sıvının yapısı. Sıvı moleküllerin hareketi.

Akışkan, akabilen bir şeydir.

Sözde kısa menzilli düzen, sıvı parçacıkların düzenlenmesinde gözlenir. Bu, herhangi bir parçacığa göre en yakın komşularının konumunun sıralandığı anlamına gelir.

Bununla birlikte, belirli bir parçacıktan uzaklaştıkça, diğer parçacıkların ona göre dizilişi gitgide daha az düzenli hale gelir ve oldukça hızlı bir şekilde parçacıkların dizilişindeki düzen tamamen ortadan kalkar.

Sıvı moleküller, gaz molekülleri kadar serbest olmasa da katı moleküllerden çok daha serbest hareket eder.

Sıvının her bir molekülü, bir süreliğine, komşularından uzaklaşmadan burada ve orada hareket eder. Ancak zaman zaman sıvı bir molekül çevresinden ayrılır ve başka bir yere gider, yeni bir ortama girer, yine bir süre için salınımlara benzer hareketler yapar. Sıvı hal teorisindeki bir takım problemlerin geliştirilmesinde önemli başarı, Sovyet bilim adamı Ya. I. Frenkel'e aittir.

Frenkel'e göre sıvılarda termal hareket aşağıdaki karaktere sahiptir. Her molekül bir süre belirli bir denge pozisyonu etrafında salınır. Molekül zaman zaman denge yerini değiştirir, yeni bir konuma atlar, bir öncekinden moleküllerin büyüklükleri kadar bir mesafe ile ayrılır. Yani, moleküller sıvının içinde yalnızca yavaş hareket eder, zamanın bir bölümünde belirli yerlere yakın kalırlar.Dolayısıyla bir sıvının moleküllerinin hareketi, katı ve gazdaki hareketlerin karışımına benzer: salınım hareketi bir yerde bir yerden başka bir yere serbest geçiş ile değiştirilir.

sıvı basıncı

Günlük deneyimler bize sıvıların, onlarla temas halinde olan katıların yüzeyinde bilinen kuvvetlerle hareket ettiğini öğretir. Bu kuvvetlere sıvı basıncı kuvvetleri denir.

Açık bir su musluğunun ağzını parmakla kapatarak, sıvının basıncının kuvvetini parmakta hissediyoruz. Dalıştan sonra bir yüzücünün yaşadığı kulak ağrısı büyük derinliküzerindeki su basıncı kuvvetlerinin neden olduğu kulak zarı kulak. Derin deniz termometreleri, suyun basıncının onları ezmemesi için çok güçlü olmalıdır.

Bir sıvıdaki basınç, hacmindeki bir değişiklikten kaynaklanır - sıkıştırma. Hacimdeki bir değişiklikle ilgili olarak, sıvıların esnekliği vardır. Bir akışkandaki elastik kuvvetler basınç kuvvetleridir. Bu nedenle, bir akışkan, kendisiyle temas halinde olan cisimlere basınç kuvvetleri ile etki ediyorsa, bu onun sıkıştırıldığı anlamına gelir. Sıkıştırma sırasında bir maddenin yoğunluğu arttığından, sıvıların yoğunluk değişimine göre esnekliğe sahip oldukları söylenebilir.

Bir sıvıdaki basınç, sıvıya yerleştirilen herhangi bir yüzeye diktir. h derinliğindeki sıvıdaki basınç, yüzeydeki basıncın toplamına ve derinlikle orantılı bir değere eşittir:

Sıvıların statik basıncı, pratik olarak yoğunluklarından daha az olmayan bir şekilde iletebilmeleri nedeniyle, mukavemet kazancı sağlayan cihazlarda kullanılabilirler: hidrolik pres.

Arşimet Yasası

Basınç kuvvetleri, bir sıvıya daldırılmış katı bir cismin yüzeyine etki eder. Basınç derinlikle arttığından, sıvının altındaki yukarı yönlü basınç kuvvetleri, üstteki aşağı yönlü kuvvetlerden daha büyüktür ve basınç kuvvetlerinin bileşkesinin yukarı doğru olmasını bekleyebiliriz. Bir sıvıya batırılmış bir cisme uygulanan basınç kuvvetine sıvının destek kuvveti denir.

Bir sıvıya daldırılan bir cisim kendi haline bırakılırsa, destek kuvvetinin cisme etki eden yerçekimi kuvvetinden daha az olup olmamasına bağlı olarak, cisim batar, dengede kalır veya sıvının yüzeyine yüzer. ondan veya ondan büyüktür.

Arşimet ilkesi, bir sıvı içindeki bir cismin, yer değiştiren sıvının ağırlığına eşit bir yukarı kaldırma kuvvetine maruz kaldığını belirtir. Bir sıvıya daldırılan bir cisim, kaldırma kuvvetine (Arşimet kuvveti denir) maruz kalır.

ρ sıvının (gazın) yoğunluğudur, ivmedir serbest düşüş, a V- batık cismin hacmi (veya cismin hacminin yüzeyin altındaki kısmı).

Bir sıvıya batırılmış bir vücut bir tartıdan asılırsa, tartı vücudun havadaki ağırlığı ile yer değiştiren sıvının ağırlığı arasındaki farkı gösterir. Bu nedenle, Arşimet yasasına bazen şu formül verilir: Bir sıvıya daldırılan bir cisim, ağırlığınca, yerini değiştirdiği sıvının ağırlığı kadar kaybeder.

Böyle bir deneysel gerçeği not etmek ilginçtir ki, daha büyük bir sıvının içinde olmak spesifik yer çekimi, Arşimet yasasına göre sıvı ağırlığını "kaybeder" ve doğal, küresel şeklini alır.

buharlaşma

Yüzey tabakasında ve sıvının yüzeyine yakın yerlerde, yüzeyin varlığını sağlayan ve moleküllerin sıvının hacmini terk etmesine izin vermeyen kuvvetler etki eder. Termal hareket nedeniyle, moleküllerin bir kısmı, molekülleri sıvı içinde tutan ve sıvıyı terk eden kuvvetlerin üstesinden gelmek için yeterince yüksek hızlara sahiptir. Bu olaya buharlaşma denir. Herhangi bir sıcaklıkta gözlenir, ancak artan sıcaklıkla yoğunluğu artar.

Sıvıyı terk eden moleküller sıvının yüzeyine yakın boşluktan çıkarılırsa, sonunda tüm sıvı buharlaşacaktır. Sıvıyı terk eden moleküller uzaklaştırılmazsa buhar oluştururlar. Sıvının yüzeyine yakın bölgeye düşen buhar molekülleri, çekim kuvvetleri tarafından sıvının içine çekilir. Bu işleme yoğuşma denir.

Böylece moleküller uzaklaştırılmazsa buharlaşma hızı zamanla azalır. Buhar yoğunluğunun daha da artmasıyla, belirli bir zamanda sıvıdan ayrılan moleküllerin sayısının aynı anda sıvıya dönen moleküllerin sayısına eşit olacağı bir duruma ulaşılır. Bir dinamik denge durumu gelir. Bir sıvı ile dinamik denge durumundaki buhara doymuş denir.

Sıcaklık arttıkça doymuş buharın yoğunluğu ve basıncı artar. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, daha fazla Bir sıvının molekülleri buharlaşma için yeterli enerjiye sahiptir ve yoğunlaşmanın buharlaşmaya eşit olabilmesi için buharın yoğunluğu ne kadar büyük olursa o kadar büyük olmalıdır.

Kaynamak

Bir sıvı, basıncı olan bir sıcaklığa ısıtıldığında doymuş buharlar dış basınca eşit olduğunda, sıvı ile sıvısı arasında bir denge kurulur. doymuş buhar. Sıvıya ek bir ısı miktarı iletildiğinde, karşılık gelen sıvı kütlesi hemen buhara dönüştürülür. Bu işleme kaynatma denir.

Kaynama, bir sıvının sadece yüzeyinden değil, tüm hacmi boyunca ortaya çıkan buhar kabarcıklarının içinde meydana gelen yoğun buharlaşmasıdır. Sıvıdan buhara geçmek için moleküller, onları sıvı içinde tutan çekici kuvvetlerin üstesinden gelmek için gereken enerjiyi elde etmelidir. Örneğin, 100 ° C sıcaklıkta ve deniz seviyesinde atmosferik basınca karşılık gelen bir basınçta 1 g suyu buharlaştırmak için, 1880'i sıvıdan molekülleri ayırmak için 2258 J harcamak ve geri kalanı gitmek gerekir. kuvvetlere karşı sistemin işgal ettiği hacmi artırmak için çalışmak atmosferik basınç(100°C ve normal basınçta 1 gr su buharı 1.673 cm3 hacim kaplarken, aynı şartlar altında 1 gr su sadece 1.04 cm3'tür).

Kaynama noktası, buhar basıncının dış basınca eşit olduğu sıcaklıktır. Basınç arttıkça kaynama noktası artar, basınç azaldıkça azalır.

Sütunun yüksekliği ile sıvıdaki basıncın değişmesi nedeniyle, kaynama çeşitli seviyeler bir sıvıda, kesinlikle farklı sıcaklıklarda gerçekleşir. Sadece belirli bir sıcaklık doymuş buhar kaynayan sıvının yüzeyinin üzerinde. Sıcaklığı sadece dış basınçla belirlenir. Kaynama noktasından bahsederken kastedilen bu sıcaklıktır.

Çeşitli sıvıların kaynama noktaları birbirinden çok farklıdır ve bu, teknolojide, örneğin petrol ürünlerinin damıtılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Belirli bir miktardaki sıvıyı, doymuş buharlarının basıncına eşit bir dış basınçta izotermal olarak buhara dönüştürmek için verilmesi gereken ısı miktarına buharlaşma gizli ısısı denir. Genellikle bu değer bir gram veya bir mol ile ilgilidir. Bir mol sıvının izotermal buharlaşması için gereken ısı miktarına mol gizli buharlaşma ısısı denir. Bu değer moleküler ağırlığa bölünürse, o zaman spesifik gizli ısı buharlaşma.

Sıvının yüzey gerilimi

Bir sıvının yüzeyini minimuma indirme özelliğine yüzey gerilimi denir. Yüzey gerilimi, yüzey tabakası moleküllerinin sıvı içindeki moleküllere çekilmesinden kaynaklanan bir sıvı üzerindeki moleküler basınç olgusudur. Bir sıvının yüzeyinde moleküller simetrik olmayan kuvvetler yaşarlar. Sıvı içindeki molekül üzerinde ortalama olarak çekim kuvveti, kohezyon, ortalama olarak her taraftan eşit olarak etki eder. Sıvının yüzeyi arttırılırsa, moleküller tutma kuvvetlerinin etkisine karşı hareket edecektir. Böylece sıvının yüzeyini kısaltma eğiliminde olan kuvvet, yüzeydeki dış çekme kuvvetinin tersi yönde etki eder. Bu kuvvete yüzey gerilimi kuvveti denir ve aşağıdaki formülle hesaplanır:

Yüzey Gerilim Katsayısı()

Sıvı yüzey sınır uzunluğu

Kolayca buharlaşan sıvıların (eter, alkol) uçucu olmayan sıvılardan (cıva) daha düşük yüzey gerilimine sahip olduğuna dikkat edin. Sıvı hidrojenin ve özellikle sıvı helyumun yüzey gerilimi çok düşüktür. Sıvı metallerde ise yüzey gerilimi çok yüksektir. Sıvıların yüzey gerilimindeki fark, farklı moleküllerin kohezyon kuvvetlerindeki farkla açıklanır.

Bir sıvının yüzey geriliminin ölçümleri, yüzey geriliminin yalnızca sıvının doğasına değil, aynı zamanda sıcaklığına da bağlı olduğunu gösterir: sıcaklık arttıkça sıvının yoğunluğundaki fark azalır ve dolayısıyla yüzey gerilimi - azalır.

Yüzey gerilimi nedeniyle, herhangi bir sıvı hacmi, yüzey alanını küçültme eğilimindedir, böylece potansiyel enerjiyi azaltır. Yüzey gerilimi, dalgaların su üzerindeki hareketinden sorumlu olan elastik kuvvetlerden biridir. Çıkıntılarda, yüzey yerçekimi ve yüzey gerilimi, su parçacıklarını aşağı doğru çekerek yüzeyi tekrar pürüzsüz hale getirme eğilimindedir.

sıvı filmler

Herkes sabunlu sudan köpüğü çıkarmanın ne kadar kolay olduğunu bilir. Köpük, en ince sıvı filmiyle sınırlanmış bir dizi hava kabarcığıdır. Köpük oluşturan sıvıdan kolaylıkla ayrı bir film elde edilebilir.

Bu filmler çok ilginç. Son derece ince olabilirler: en ince kısımlarda kalınlıkları milimetrenin yüz binde birini geçmez. İnce olmalarına rağmen, bazen çok kararlıdırlar. Sabun filmi gerilebilir ve deforme olabilir ve sabun filmini bozmadan bir su akışı içinden akabilir.

Filmlerin kararlılığı nasıl açıklanabilir? Bir filmin oluşumu için vazgeçilmez bir koşul, içinde çözünen maddelerin saf bir sıvıya eklenmesi, ayrıca yüzey gerilimini büyük ölçüde azaltanların eklenmesidir.

Doğada ve teknolojide, genellikle tek tek filmlerle değil, bir film koleksiyonuyla - köpükle tanışırız. Küçük akarsuların sakin suya düştüğü akarsularda, bol köpük oluşumu sıklıkla görebilirsiniz. Bu durumda, suyun köpürme kabiliyeti, bitki köklerinden salınan özel bir organik maddenin suda bulunmasıyla ilişkilidir. İnşaat ekipmanlarında köpük gibi hücresel yapıya sahip malzemeler kullanılmaktadır. Bu tür malzemeler ucuzdur, hafiftir, ısıyı ve sesi iyi iletmez ve yeterince güçlüdür. İmalatları için, yapı malzemelerinin oluşturulduğu çözeltilere köpürmeyi teşvik eden maddeler eklenir.

ıslatma

Cam bir tabağa yerleştirilen küçük cıva damlacıkları küresel bir şekil alır. Bu, sıvının yüzeyini küçültme eğiliminde olan moleküler kuvvetlerin sonucudur. Bir katının yüzeyine yerleştirilen cıva her zaman yuvarlak damlacıklar oluşturmaz. Çinko levhanın üzerine yayılır ve damlanın toplam yüzeyi şüphesiz artacaktır.

Bir anilin damlası da ancak cam kabın duvarına değmediği zaman küreseldir. Duvara dokunur dokunmaz hemen cama yapışır, cam boyunca uzanır ve geniş bir ortak yüzey elde eder.

Bu, katı bir cisimle temas durumunda, sıvı moleküllerin katı cisim molekülleri ile yapışma kuvvetlerinin önemli bir rol oynamaya başlamasıyla açıklanmaktadır. Bir sıvının davranışı hangisinin daha büyük olduğuna bağlı olacaktır: sıvı moleküller arasındaki yapışma veya sıvı bir molekülün katı bir moleküle yapışması. Cıva ve cam durumunda, cıva ve cam molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetleri, cıva molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetlerine kıyasla küçüktür ve cıva bir damlada toplanır.

Böyle bir sıvı denir ıslanmaz sağlam. Cıva ve çinko durumunda, sıvının molekülleri ile katı arasındaki kohezyon kuvvetleri, sıvının molekülleri arasındaki kohezyon kuvvetlerini aşar ve sıvı katının üzerine yayılır. Bu durumda sıvı denir. ıslatma sağlam.

Bundan, bir sıvının yüzeyinden bahsederken, yalnızca sıvının havada sınırlandığı yüzey değil, aynı zamanda diğer sıvılar veya katı bir cisim üzerinde sınırlanan yüzey de akılda tutulmalıdır.

Sıvının kabın duvarlarını ıslatıp ıslatmadığına bağlı olarak, sıvının katı duvar ve gaz ile temas noktasındaki yüzeyinin şekli şu veya bu şekildedir. Islanmama durumunda kenardaki sıvı yüzeyinin şekli yuvarlak, dışbükeydir. Islanma durumunda kenardaki sıvı içbükey bir şekil alır.

kılcal fenomen

Hayatta çoğu zaman birçok küçük kanalın (kağıt, iplik, deri, çeşitli İnşaat malzemeleri, toprak, ağaç). Su veya diğer sıvılarla temas eden bu tür cisimler genellikle onları emer. Bu, elleri kuruturken bir havlunun hareketinin, bir gaz lambasındaki fitilin hareketinin vb. temelidir. Benzer olaylar dar cam tüplerde de gözlemlenebilir. Dar tüplere kılcal veya saç denir.

Böyle bir boru, bir ucu geniş bir kaba geniş bir kaba daldırıldığında, aşağıdakiler meydana gelir: sıvı borunun duvarlarını ıslatırsa, o zaman kaptaki sıvı seviyesinin üzerine çıkacaktır ve dahası, daha yüksek, tüp daha dar; sıvı duvarları ıslatmazsa, aksine, tüpteki sıvı seviyesi geniş bir kaptakinden daha düşük ayarlanır. Dar tüplerde veya boşluklarda sıvı seviyesinin yüksekliğindeki değişikliğe denir. kılcallık. Geniş anlamda, kılcal fenomen, yüzey geriliminin varlığından dolayı tüm fenomenler olarak anlaşılır.

Kılcal borularda sıvı yükselme yüksekliği, borudaki kanalın yarıçapına, yüzey gerilimine ve sıvının yoğunluğuna bağlıdır. Kapiler ve geniş kaptaki sıvı arasında, hidrostatik basınç rgh kılcal basıncı dengeleyecek şekilde böyle bir seviye farkı h oluşturulur:

sıvının yüzey gerilimi nerede

R, kılcal yarıçaptır.

Bir kılcal damardaki sıvının yükselme yüksekliği, yüzey gerilimi ile orantılıdır ve kılcal kanalın yarıçapı ve sıvının yoğunluğu ile ters orantılıdır (Jurin yasası).

Sorulara verilen cevaplar

1. Yüzey gerilimi nedir ve hangi birimlerde ölçülür? Oluşmasının nedenleri nelerdir?

Yüzey gerilimi, her iki fazdaki tüm bileşenlerin sıcaklık, sistem hacmi ve kimyasal potansiyellerinin kalması şartıyla, bu arayüzün bir birim alanının tersinir izotermokinetik oluşumu çalışmasıyla belirlenen, dengedeki iki faz arasındaki arayüzün termodinamik bir özelliğidir. devamlı.

Yüzey geriliminin çift fiziksel anlamı vardır - enerji (termodinamik) ve kuvvet (mekanik). Enerji (termodinamik) tanımı: yüzey gerilimi, sıcaklığın sabit olması koşuluyla, gerildiğinde yüzeyi artırmanın özel işidir. Kuvvet (mekanik) tanımı: Yüzey gerilimi, bir sıvının yüzeyini sınırlayan bir çizginin birim uzunluğu başına etki eden kuvvettir.

Yüzey gerilimi kuvveti, sıvının yüzeyine teğet olarak, etki ettiği kontur bölümüne dik ve bu bölümün uzunluğu ile orantılı olarak yönlendirilir. Orantılılık katsayısı - konturun birim uzunluğu başına kuvvet - yüzey gerilimi katsayısı olarak adlandırılır. Metre başına Newton cinsinden ölçülür. Ancak yüzey gerilimini birim yüzey kırılması (m²) başına enerji (J) olarak tanımlamak daha doğrudur. Bu durumda, yüzey gerilimi kavramının açık bir fiziksel anlamı ortaya çıkar.

J/m2 olarak ölçülmüştür.

2. Yüzey gerilimi, yüzeyi oluşturan maddenin doğasına nasıl bağlıdır?

Yüzey gerilimi sıvının doğasına bağlıdır, yani. belirli bir sıvının molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerine ve sıcaklığa bağlıdır (artan sıcaklıkla yüzey gerilimi azalır).

3. Yüzey gerilimi sıcaklığa nasıl ve neden bağlıdır? Kritik kaynama noktası nedir?

Sıcaklık arttıkça yüzey gerilimi azalır ve kritik sıcaklıkta sıfıra eşittir. Yüzey geriliminin sıcaklığa en ünlü ampirik bağımlılığı, Eötvös kuralı olarak adlandırılan Lorand Eötvös tarafından önerildi (İng. Eö televizyonö s tüzük). Şu anda, yüzey geriliminin kritik sıcaklıklara kadar olan bölgedeki sıcaklığa teorik bağımlılığı hakkında, Eötvös kuralını doğrulayan bir sonuç elde edilmiştir.

4. Sıvıların ve katıların yüzey gerilimini belirlemek için hangi yöntemler kullanılır? Bir hava kabarcığının en büyük basıncı yöntemiyle sıvıların yüzey gerilimini ölçmenin temeli nedir?

Yüzey gerilimini belirleme yöntemleri statik ve dinamik olarak ikiye ayrılır. Statik yöntemlerde, yüzey gerilimi, dengede olan oluşturulmuş bir yüzeyde belirlenir. Dinamik yöntemler, yüzey tabakasının yok edilmesiyle ilişkilidir. Çözeltilerin (özellikle polimerler veya yüzey aktif maddeler) yüzey geriliminin ölçülmesi durumunda statik yöntemler kullanılmalıdır. Bazı durumlarda, yüzeyde denge birkaç saat içinde meydana gelebilir (örneğin, yüksek viskoziteli polimerlerin konsantre çözeltileri durumunda). Denge yüzey gerilimini ve dinamik yüzey gerilimini belirlemek için dinamik yöntemler uygulanabilir. Örneğin, karıştırıldıktan sonra bir sabun çözeltisi için yüzey gerilimi 58 mJ / m² ve çöktükten sonra - 35 mJ / m²'dir. Yani yüzey gerilimi değişir. Bir denge kuruluncaya kadar dinamik olacaktır.

Statik yöntemler:

kılcal yükselme yöntemi

Wilhelmy yöntemi

sabit bırakma yöntemi

Asılı bir damla şekline göre belirleme yöntemi.

Döner damla yöntemi

Dinamik yöntemler:

Du Nouy yöntemi (halka yırtma yöntemi).

Stalagmometrik veya damla sayma yöntemi.

Maksimum kabarcık basıncı yöntemi.

salınan jet yöntemi

Duran dalga yöntemi

yürüyen dalga yöntemi

5. Adsorpsiyon nedir ve nicel olarak nasıl karakterize edilir? Temel Gibbs adsorpsiyon denklemini yazın ve fazla adsorpsiyon (D) tanımlayın.

Adsorpsiyon - faz ayrımında dengelenmemiş moleküller arası etkileşim kuvvetleri nedeniyle iki fazın (katı faz - sıvı, yoğun faz - gaz) arayüzündeki bir çözünen konsantrasyonunda bir artış. Adsorpsiyon, adsorpsiyonun özel bir durumudur, süreç, adsorpsiyonun tersi - desorpsiyon.

Fiziksel adsorpsiyon, serbest yüzey enerjisinde bir azalma ile giden kendiliğinden bir süreçtir ve Gibbs denklemi ile tanımlanır: Г i = - (dσ/dμ i) t, burada Г i, yüzey katmanındaki i bileşeninin, yığın fazındaki denge konsantrasyonu; σ - yüzey gerilimi; μ ben - i-inci bileşenin kimyasal potansiyeli; T sıcaklıktır. Çözeltilerden fiziksel adsorpsiyon pozitif (çözünen absorbe edildiği) veya negatif (çözücünün absorbe edildiği) olabilir. Yüzey geriliminde azalmaya neden olan pozitif adsorbe edici maddelere yüzey aktif (yüzey aktif maddeler) ve negatif - yüzey aktif olmayan (SIV) denir.

Gibbs fazla adsorpsiyon değeri aşağıdaki formülle hesaplanmıştır:

G= [( İle birlikte-İle birlikte R)V]/m

burada Г, Gibbs fazla adsorpsiyonu, mmol/g'dir; İle birlikte– başlangıç dimetilamin konsantrasyonu, mmol/dm3; İle birlikte R– dimetilamin denge konsantrasyonu, mmol/dm3; V test çözeltisinin hacmidir, dm 3 ; m adsorban örneğinin kütlesidir, g.

6. Hangi maddelere yüzey aktif denir, moleküllerinin yapısı nedir?

yüzey aktif maddeler ( yüzey aktif madde) - termodinamik fazların ara yüzeyinde yoğunlaşan, yüzey geriliminde bir azalmaya neden olan kimyasal bileşikler.

Yüzey aktif maddelerin ana nicel özelliği yüzey aktivitesidir - bir maddenin faz sınırındaki yüzey gerilimini azaltma yeteneği - bu, C sıfıra eğilim gösterdiğinden yüzey aktif madde konsantrasyonuna göre yüzey geriliminin türevidir. Bununla birlikte, yüzey aktif maddelerin bir çözünürlük sınırı vardır (sözde kritik konsantrasyonmiselleşme veya CMC), başarısı ile, bir çözeltiye bir yüzey aktif madde eklendiğinde, faz sınırındaki konsantrasyon sabit kalır, ancak aynı zamanda, yüzey aktif madde moleküllerinin toplu bir çözelti içinde kendi kendine organizasyonu (misel oluşumu veya agregasyonu) meydana gelir. ). Bu agregasyonun bir sonucu olarak misel denilen oluşumlar oluşur. Misel oluşumunun ayırt edici bir özelliği, yüzey aktif madde çözeltisinin bulanıklığıdır. Misel oluşumu sırasında, sürfaktanların sulu çözeltileri, ışığın miseller tarafından kırılması nedeniyle mavimsi bir renk tonu (jelatinsi renk tonu) alır.

Kural olarak, yüzey aktif maddeler organik bileşiklerdir. amfifilikyapı, yani molekülleri bir polar kısım, bir hidrofilik bileşen (fonksiyonel gruplar -OH, -COOH, -SOOOH, -O-, vb.) veya daha sık olarak tuzları -ONa, -COONa, -SOOONa ve benzeri içerir. .) ve polar olmayan (hidrokarbon) bir kısım, bir hidrofobik bileşen. Bir yüzey aktif maddenin bir örneği, sıradan sabun (yağlı karboksilik asitlerin sodyum tuzlarının bir karışımı -oleat, sodyum stearat, vb.) ve SMS (sentetik deterjanlar), ayrıca alkoller, karboksilik asitler, aminler vb.

Sorulara verilen cevaplar

1. Terimleri tanımlayın: adsorpsiyon, adsorban, adsorbat, adsorbat.

Adsorpsiyon (Latince. reklam- açık, en; sorbe- I absorbe ediyorum) - faz ayrımında dengelenmemiş moleküller arası etkileşim kuvvetleri nedeniyle iki fazın (katı faz-sıvı, yoğun faz - gaz) arayüzündeki bir çözünen konsantrasyonunda bir artış. Adsorpsiyon, adsorpsiyon - desorpsiyonun tersi olan özel bir sorpsiyon durumudur.

Adsorbanlar, temas halindeki gazlardan veya sıvılardan maddelerin adsorbe edildiği, geniş bir spesifik yüzey alanına sahip, yüksek oranda dağılmış doğal veya yapay malzemelerdir. Adsorbanlar gaz maskelerinde, katalizör taşıyıcıları olarak, gazların, alkollerin, yağların arıtılmasında, alkollerin ayrılmasında, petrol rafinasyonunda ve tıpta gazları ve zehirleri emmek için kullanılır.

Halen fazın hacminde olan emilen maddeye denir. adsorban, emilir - adsorbat.

2. Katı-sıvı ara yüzeyinde adsorpsiyonun özellikleri nelerdir?

Katı-sıvı ara yüzeyinde adsorpsiyon sırasında, adsorbe edilen maddenin fazlalığı, solüsyonun molar konsantrasyonunun bir fonksiyonu haline gelir.Çözeltilerden adsorpsiyonun gaz adsorpsiyonundan önemli farklılıkları vardır. Bu, aşağıdaki nedenlerden kaynaklanmaktadır:

adsorban üzerinde yalnızca çözünen değil, aynı zamanda çözücünün kendisi de adsorbe edilebilir. Çözücünün adsorpsiyonu ne kadar iyi olursa, çözüneni adsorbe etmek o kadar zor olacaktır;

çözücü adsorbanı çözebilir. Çözücü adsorbanı ne kadar iyi çözerse, üzerinde adsorpsiyon o kadar zor olur;

çözeltiden adsorpsiyon hızı difüzyon hızına bağlıdır. Adsorbana bitişik su katmanlarında ekstrakte edilen maddenin tükenmesinin bir sonucu olarak, daha fazla adsorpsiyon, emilen maddenin adsorbana difüzyon hızı ile belirlenir. Bilindiği gibi, sıvılarda difüzyon oldukça yavaş bir işlemdir; bu nedenle adsorpsiyonu hızlandırmak için çözeltinin karıştırılmasına başvurulur.

Bu üç özellik, adsorpsiyon izoterminde önemli hatalara neden olur.

Polarite hizalama kuralı (M.A. Rebinder): polar adsorbanlarda, polar olmayan çözücülerden gelen polar adsorbatlar en iyi adsorbe edilir ve polar olmayan adsorbanlarda, polar çözücülerden gelen polar olmayan adsorbatlar en iyi şekilde adsorbe edilir.

Bir çözünenin bir çözeltiden emilmesi, yapısına bağlıdır.

3. Spesifik yüzey nedir, onu belirlemek için hangi yöntemleri biliyorsunuz?

Spesifik yüzey alanı, gözenekli bir gövdenin iç boşluklarının (kanallar, gözenekler) boyutlarının veya dağılmış bir sistemin ezilmiş fazının parçacıklarının ortalama bir özelliğidir.

Spesifik yüzey, belirli bir ortamdaki gözenekli veya dağınık bir cismin toplam yüzeyinin hacmine veya kütlesine oranı olarak ifade edilir. Spesifik yüzey, dağılma ile orantılıdır veya aynı olan, dağılmış fazın parçacık boyutu ile ters orantılıdır.

Spesifik yüzey çoğunlukla malzeme tarafından adsorbe edilen soy gaz miktarı ve toz veya gözenekli malzeme tabakasının hava geçirgenliği ile belirlenir. Adsorpsiyon yöntemleri en güvenilir verileri sağlar.

BET teorisine göre sıvı nitrojen sıcaklığında nitrojen absorpsiyon yöntemiyle gözenekli cisimlerin yarıçapları boyunca gözeneklerin dağılımını ve özgül yüzey alanını belirlemek için, İtalyan şirketi Carlo Erba Sorptomatic cihazını üretti (ölçüm süresi yaklaşık olarak bir numunedir. gün).

İlk olarak, sıvının yüzeye yakın tabakasının moleküllerinin kütledeki moleküllere kıyasla sahip olduğu özel özellikleri tartışalım.

Pirinç. 1. Yüzeye yakın katmanın molekülleri ile sıvı kütlesindeki moleküller arasındaki fark

A ve B moleküllerini ele alalım. A molekülü sıvının içinde, B molekülü yüzeyindedir (Şekil 1). Molekül A, diğer sıvı moleküller tarafından eşit olarak çevrelenmiştir, bu nedenle moleküller arası etkileşim alanına düşen moleküllerden A molekülüne etkiyen kuvvetler dengelenir veya bunların sonucu sıfırdır.

Sıvının yüzeyinde bulunan B molekülüne ne olur? Sıvının üzerindeki gaz moleküllerinin konsantrasyonunun, sıvı moleküllerin konsantrasyonundan çok daha az olduğunu hatırlayın. Molekül B, bir tarafta sıvı moleküller ve diğer tarafta oldukça nadir gaz molekülleri ile çevrilidir. Sıvının yanında çok daha fazla molekül hareket ettiğinden, tüm moleküller arası kuvvetlerin sonucu sıvının içine yönlendirilecektir.

Böylece sıvının derinliklerinden bir molekülün içeri girebilmesi için yüzey katmanı, telafi edilmemiş moleküller arası kuvvetlere karşı çalışmanız gerekir.

Çalışmanın değişim olduğunu unutmayın. potansiyel enerji eksi işaretiyle çekilmiştir.

Bu, sıvının içindeki moleküllere kıyasla yüzeye yakın tabakanın moleküllerinin aşırı potansiyel enerjiye sahip olduğu anlamına gelir.

Bu fazla enerji, sıvının iç enerjisinin bir bileşenidir ve denir. yüzey enerjisi. Diğer tüm enerjiler gibi joule cinsinden belirlenir ve ölçülür.

Açıkçası, sıvının yüzey alanı ne kadar büyük olursa, aşırı potansiyel enerjiye sahip olan bu tür moleküller o kadar fazla ve dolayısıyla yüzey enerjisi o kadar büyük olur. Bu gerçek aşağıdaki bağıntı olarak yazılabilir:

yüzey alanı nerede ve orantı faktörü diyeceğimiz, yüzey gerilimi, bu katsayı bir veya başka bir sıvıyı karakterize eder. Bu miktarın kesin bir tanımını yazalım.

Bir sıvının yüzey gerilimi (bir sıvının yüzey gerilimi katsayısı) fiziksel miktar belirli bir sıvıyı karakterize eden ve yüzey enerjisinin sıvının yüzey alanına oranına eşit olan

Yüzey gerilimi katsayısı Newton bölü metre olarak ölçülür.

Bir sıvının yüzey gerilimi katsayısının neye bağlı olduğunu tartışalım. Öncelikle yüzey gerilim katsayısının moleküllerin etkileşiminin özgül enerjisini karakterize ettiğini, yani bu enerjiyi değiştiren faktörlerin sıvının yüzey gerilim katsayısını da değiştireceğini hatırlayalım.

Bu nedenle, yüzey gerilimi katsayısı şunlara bağlıdır:

1. Sıvının doğası (eter, alkol ve benzin gibi "uçucu" sıvılar için, yüzey gerilimi "uçucu olmayan" su, cıva ve sıvı metallerinkinden daha düşüktür).

2. Sıcaklık (sıcaklık ne kadar yüksek olursa, yüzey gerilimi o kadar düşük olur).

3. Sabun veya çamaşır tozu gibi yüzey gerilimini azaltan yüzey aktif maddelerin (sürfaktanlar) varlığı.

4. Bir sıvıya bitişik bir gazın özellikleri.

Yüzey gerilimi katsayısının yüzey alanına bağlı olmadığına dikkat edin, çünkü tek bir yüzeye yakın molekül için aynı moleküllerden kaçının etrafta olduğu kesinlikle önemsizdir. Yüzey gerilimi katsayılarını gösteren tabloya dikkat edin. çeşitli maddeler, bir sıcaklıkta :

Tablo 1. Hava sınırındaki sıvıların yüzey gerilimi katsayıları,

Bu nedenle, yüzeye yakın katmanın molekülleri, sıvının kütlesindeki moleküllere kıyasla aşırı potansiyel enerjiye sahiptir. Mekanik boyunca, herhangi bir sistemin minimum potansiyel enerjiye eğilimli olduğu gösterildi. Örneğin belirli bir yükseklikten atılan bir cisim düşme eğilimi gösterecektir. Ek olarak, uzanırken çok daha rahat hissedersiniz, çünkü bu durumda vücudunuzun kütle merkezi mümkün olduğunca aşağıdadır. Bir sıvı durumunda potansiyel enerjisini azaltma arzusu neye yol açar? Yüzey enerjisi yüzey alanına bağlı olduğundan, herhangi bir sıvının geniş bir yüzey alanına sahip olması enerjisel olarak elverişsiz olduğu anlamına gelir. Başka bir deyişle, serbest durumda sıvı, yüzeyini küçültme eğiliminde olacaktır.

Bir sabun filmi deneyerek bunu doğrulamak kolaydır. Bir tel çerçeve sabunlu bir çözeltiye batırılırsa, üzerinde bir sabun filmi oluşur ve film, yüzey alanı minimum olacak şekilde bir şekil alır (Şekil 2).

Pirinç. 2. Sabunlu bir çözeltiden rakamlar

Basit bir deney kullanarak yüzey gerilimi kuvvetlerinin varlığını doğrulayabilirsiniz. Tel halkaya iki yerden bir iplik bağlanırsa ve ipliğin uzunluğu, ipliğin bağlantı noktalarını birleştiren kirişin uzunluğundan biraz daha büyük olacak ve tel halka sabuna batırılırsa çözüm (Şekil 3a), sabun filmi halkanın tüm yüzeyini sıkıştıracak ve iplik sabun filminin üzerine uzanacaktır. Şimdi ipliğin bir tarafında film kopmuşsa, ipliğin diğer tarafında kalan sabun filmi ipliği büzüştürecek ve gerecektir (Şekil 3b).

Pirinç. 3. Yüzey gerilimi kuvvetlerini tespit etmek için deney yapın

Bu neden oldu? Gerçek şu ki, üstte kalan sabun çözeltisi, yani sıvı, yüzey alanını küçültme eğilimindedir. Böylece iplik yukarı çekilir.

Böylece, yüzey gerilimi kuvvetinin varlığına ikna olduk. Şimdi nasıl hesaplayacağımızı öğrenelim. Bunu yapmak için bir düşünce deneyi yapalım. Bir tarafı hareketli olan bir tel çerçeveyi sabunlu çözeltinin içine indirelim (Şek. 4). Sabun filmini çerçevenin hareketli tarafına kuvvet uygulayarak gereceğiz. Böylece enine çubuğa etki eden üç kuvvet vardır - filmin her bir yüzeyi boyunca hareket eden bir dış kuvvet ve iki yüzey gerilimi kuvveti. Newton'un ikinci yasasını kullanarak şunu yazabiliriz.

Pirinç. 4. Yüzey gerilimi kuvvetinin hesaplanması

etkisi altında ise dış güççapraz çubuk bir mesafe hareket edecek, o zaman bu dış kuvvet işi yapacak

Doğal olarak, bu çalışmanın performansı nedeniyle filmin yüzey alanı artacaktır, bu da yüzey gerilimi katsayısı ile belirleyebileceğimiz yüzey enerjisinin de artacağı anlamına gelir:

Alandaki değişim sırayla aşağıdaki gibi belirlenebilir:

tel çerçevenin hareketli kısmının uzunluğu nerede. Buna göre, dış kuvvetin işinin eşit olduğunu yazabiliriz.

(*) ve (**) deki doğru kısımları eşitleyerek, yüzey gerilimi kuvveti için bir ifade elde ederiz:

Böylece yüzey gerilimi katsayısı sayısal olarak güce eşit yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilimi

Böylece sıvının, yüzey alanı minimum olacak şekilde şekil alma eğiliminde olduğunu bir kez daha gördük. Belirli bir hacim için, bir küre için yüzey alanının minimum olacağı gösterilebilir. Bu nedenle, sıvıya başka hiçbir kuvvet etki etmiyorsa veya bunların etkisi küçükse, sıvı küresel bir şekil alma eğiliminde olacaktır. Örneğin, su sıfır yerçekiminde (Şekil 5) veya sabun köpüğünde (Şekil 6) davranacaktır.

Pirinç. 5. Sıfır yerçekiminde su

Pirinç. 6. Sabun köpüğü

Yüzey gerilimi kuvvetlerinin varlığı, metal bir iğnenin neden su yüzeyinde "olduğunu" da açıklayabilir (Şekil 7). Yüzeye dikkatlice yerleştirilen iğne onu deforme ederek bu yüzeyin alanını arttırır. Böylece, alandaki böyle bir değişikliği azaltma eğiliminde olan bir yüzey gerilimi kuvveti ortaya çıkar. Ortaya çıkan yüzey gerilimi kuvveti yukarı doğru yönlendirilecek ve yerçekimi kuvvetini telafi edecektir.

Pirinç. 7. Su yüzeyinde iğne

Pipetin çalışma prensibi de aynı şekilde açıklanabilir. Yerçekimi kuvvetinin etki ettiği damla aşağı çekilir, böylece yüzey alanı artar. Doğal olarak, sonucu yerçekimi yönünün tersi olan ve damlacığın gerilmesine izin vermeyen yüzey gerilimi kuvvetleri ortaya çıkar (Şekil 8). Pipetin lastik kapağına bastırdığınızda, yerçekimine yardımcı olan ve damlanın düşmesine neden olan ekstra basınç yaratırsınız.

Pirinç. 8. Pipet nasıl çalışır?

dan başka bir örnek alalım Gündelik Yaşam. Boya fırçasını bir bardak suya batırırsanız tüyleri kabarır. Şimdi bu fırçayı sudan çıkarırsanız, tüm kılların birbirine yapıştığını fark edeceksiniz. Bunun nedeni, fırçaya yapışan suyun yüzey alanının daha sonra minimum olacağı gerçeğidir.

Ve bir örnek daha. Kuru kumdan bir kale inşa etmek istiyorsanız, kum yerçekimi etkisi altında parçalanacağından başarılı olmanız pek olası değildir. Ancak kumu ıslatırsanız, kum taneleri arasındaki suyun yüzey gerilimi nedeniyle şeklini koruyacaktır.

Son olarak, yüzey gerilimi teorisinin daha karmaşık problemleri çözerken güzel ve basit analojiler bulmaya yardımcı olduğuna dikkat çekiyoruz. fiziksel görevler. Örneğin, hafif ve aynı zamanda güçlü bir yapı inşa etmeniz gerektiğinde, sabun köpüğünde olanın fiziği imdada yetişir. Ve atom çekirdeğinin ilk yeterli modelini ona benzeterek inşa etmek mümkündü. atom çekirdeği bir damla yüklü sıvı.

bibliyografya

G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. "Fizik 10". - E.: Eğitim, 2008.
Ya. E. Geguzin "Kabarcıklar", Kvant Kütüphanesi. - M.: Nauka, 1985.
B. M. Yavorsky, A. A. Pinsky "Fiziğin Temelleri" cilt 1.
G. S. Landsberg "İlköğretim fizik ders kitabı" cilt 1.

Nkj.ru ().
Youtube.com().
Youtube.com().
Youtube.com().

Ev ödevi

Bu dersin görevlerini çözdükten sonra, GIA'nın 7,8,9 sorularına ve Birleşik Devlet Sınavının A8, A9, A10 sorularına hazırlanabileceksiniz.
Gelfgat I.M., Nenashev I.Yu. "Fizik. 10. sınıf problemlerin toplanması 5.34, 5.43, 5.44, 5.47 ()
5.47 problemine dayanarak, su ve sabun çözeltisinin yüzey gerilimi katsayısını belirleyin.

Soru ve cevap listesi

Soru: Yüzey gerilimi neden sıcaklıkla değişir?

Cevap: Sıcaklık arttıkça sıvının molekülleri daha hızlı hareket etmeye başlar ve bu nedenle moleküller potansiyel çekim kuvvetlerini daha kolay yener. Bu, sıvının yüzeye yakın tabakasının moleküllerini bağlayan potansiyel kuvvetler olan yüzey gerilimi kuvvetlerinde bir azalmaya yol açar.

Soru: Yüzey gerilimi katsayısı sıvının yoğunluğuna mı bağlı?

Cevap: Evet, öyle çünkü sıvının yüzeye yakın tabakasının moleküllerinin enerjisi sıvının yoğunluğuna bağlıdır.

Soru: Bir sıvının yüzey gerilim katsayısını belirlemenin yolları nelerdir?

Cevap: AT okul kursu Bir sıvının yüzey gerilimi katsayısını belirlemenin iki yolunu inceleyin. Birincisi tel yırtma yöntemidir, prensibi problem 5.44'te açıklanmıştır. ev ödevi ikincisi, problem 5.47'de açıklanan damla sayma yöntemidir.

Soru: Sabun köpüğü neden bir süre sonra çöküyor?

Cevap: Gerçek şu ki, bir süre sonra, yerçekiminin etkisi altında, kabarcık altta üstten daha kalın hale gelir ve daha sonra buharlaşmanın etkisiyle bir noktada çöker. Bu, tüm balonun şöyle olmasına neden olur balon, telafi edilmemiş yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi altında çöker.

Bir sıvının molekülleri birbirine çok yakın konumlanmıştır, bu nedenle çekim kuvvetleri önemli bir değere ulaşır. Her molekül, komşu moleküllerden çekim hisseder.

Molekül sıvının içindeyse (Şekil 16), üzerine etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfırdır. Molekül sıvının yüzey tabakasındaysa durum farklıdır. Sıvı sınırındaki buharın (veya gazın) yoğunluğu, sıvının yoğunluğundan birçok kez daha azdır, bu nedenle, buhar moleküllerinin bir kısmına etki eden kuvvetlerin bileşkesi, kuvvetlerin sonucundan çok daha az olacaktır. sıvı moleküllerin parçası üzerinde hareket eder. Sonuç olarak, yüzey tabakasında bulunan her molekül, sıvının içine yönlendirilen bir kuvvetten etkilenecektir.

Pirinç. 16. Yüzey gerilimi kuvvetlerinin ortaya çıkışı

Bir molekül sıvının derinliklerinden yüzey katmanına geçtiğinde, bu katmanda ona etki eden kuvvetler molekülün üzerinde negatif iş yapar. nerede kinetik enerji molekül azalır, potansiyele dönüşür. Böylece yüzey tabakasındaki moleküller ek potansiyel enerjiye sahiptir. Bir bütün olarak yüzey tabakası, giren ek enerjiye sahiptir. ayrılmaz parça içinde içsel enerji sıvılar.

Bu ek enerjinin varlığı, sıvının yüzeyini küçültme eğiliminde olmasına neden olur. Sıvı, büzülme eğiliminde olan elastik gerilmiş bir film içine alınmış gibi davranır. Aslında film yoktur, yüzey tabakası tüm sıvı ile aynı moleküllerden oluşur.

Kapalı bir uzunluk konturu ile sınırlanmış sıvı yüzeyindeki bir bölümü zihinsel olarak seçelim. ben. Bu bölümün büzülme eğilimi, yüzeye teğet kuvvetlerle yüzeyin geri kalanına etki edeceği gerçeğine yol açar. Bu kuvvetlere yüzey gerilimi kuvvetleri denir. İçin niceleme yüzey kuvvetleri, yüzey gerilimi katsayısı (veya yüzey gerilimi) olarak adlandırılan bir değer verir.

Yüzey gerilimi katsayısı (α), yüzey gerilimi kuvvetinin modülünün oranına eşit olan skaler bir fiziksel niceliktir. F, uzunluk ile yüzey tabakasının sınırına etki eden ben, bu uzunlukta:

(33)

Yüzey tabakasının alanını değiştirmek için Sabit sıcaklık miktara göre dS, iş yapılması gerekiyor

δA = αdS, (34)

burada α yüzey gerilimi katsayısıdır.

Alanı değiştirirken S1önceki S2 iş şuna eşit olacaktır:

A = α(S2 – S1). (35)

A işi yapılırken, yüzey tabakasının enerjisi miktarına göre değişir. ΔW.

bir= ΔW.= α(S2 – S1) = αdS.

(36)

Boyut α:

Böylece yüzey gerilimi katsayısının bir tanımı daha verilebilir.

Yüzey gerilimi katsayısı, yüzey tabakasının potansiyel enerjisindeki değişimin bu tabakanın yüzey alanındaki değişime oranına eşit skaler bir fiziksel niceliktir.

Yüzey gerilimi katsayısı şunlara bağlıdır: kimyasal bileşim sıvı ve sıcaklığı. Sıcaklık arttıkça α azalır ve kritik sıcaklıkta kaybolur.

Yüzey gerilimi önemli ölçüde sıvılarda bulunan safsızlıklara bağlıdır. Bir sıvının yüzey gerilimini azaltan maddelere yüzey aktif maddeler denir. Sabun, su için en iyi bilinen yüzey aktif maddedir. Yüzey gerilimini önemli ölçüde azaltır (yaklaşık 7.5*10 -2'den 4.5*10 -2 N/m'ye). Su ile ilgili olarak, eterler, alkoller, yağ vb. yüzey aktiftir. Moleküler bir bakış açısından, yüzey aktif maddelerin etkisi, bir sıvının molekülleri arasındaki çekim kuvvetlerinin, bir sıvının molekülleri ve bir katışkı arasındaki çekim kuvvetlerinden daha büyük olması gerçeğiyle açıklanır. Yüzey tabakasındaki sıvı moleküller, safsızlık moleküllerinden daha büyük bir kuvvetle sıvılara çekilir. Sonuç olarak, sıvı moleküller yüzey katmanından derinlere doğru hareket eder ve yüzey aktif madde molekülleri yüzeye çıkar.

Yüzey aktif maddeler ıslatıcı ajanlar, yüzdürme reaktifleri, köpürtücü ajanlar, dağıtıcılar - sertlik azaltıcılar, plastikleştirici katkı maddeleri, kristalizasyon değiştiricileri vb. olarak kullanılır.

Yüzey tabakasının moleküllerinin bulunduğu özel koşullar hakkında söylenenlerin hepsi katı maddeler için de geçerlidir. Bu nedenle katılar da sıvılar gibi yüzey gerilimine sahiptir.

Arayüzdeki fenomenler göz önüne alındığında çeşitli ortamlar bir sıvının veya katının yüzey enerjisinin, yalnızca verilen sıvı veya katının özelliklerine değil, aynı zamanda sınır oluşturdukları maddenin özelliklerine de bağlı olduğu akılda tutulmalıdır. Kesin konuşmak gerekirse, birbirine bitişik iki maddenin toplam yüzey enerjisi a12'yi dikkate almak gerekir. Yalnızca bir madde gaz halindeyse, başka bir maddeyle kimyasal olarak reaksiyona girmez ve onda çok az çözünürse, ikinci sıvı veya katı cismin yüzey enerjisinden (veya yüzey gerilim katsayısından) basitçe söz edebiliriz.

Pirinç. 17. Sıvı, gaz ve katı cismin sınırı

Üç madde aynı anda sınırlanırsa: katı, sıvı ve gaz (Şekil 17), o zaman tüm sistem toplam potansiyel enerjinin (yüzey, yerçekimi alanında vb.) . Özellikle, her üç maddenin de sınırlandığı kontur, bir katı cismin yüzeyinde, konturun her bir elemanına uygulanan tüm yüzey gerilimi kuvvetlerinin izdüşümlerinin toplamının, kontur elemanının bulunduğu yönde yerleştirileceği şekilde konumlandırılır. hareket edebilir (yani, katı bir cismin yüzeyine teğet yönünde) sıfıra eşitti. Şek. 17 uzunluğu olan bir kontur elemanı için denge koşulu şu şekildedir: Δl aşağıdaki gibi yazılacaktır:

Δla TG = Δla TG + Δla TG cosθ (37)

nerede α TG, α TG ve α ZhG sınırlardaki yüzey gerilimi katsayılarıdır: katı - gaz, katı - sıvı ve sıvı - gaz.

Katının yüzeyine ve sıvının yüzeyine teğetler arasındaki sıvı içinde ölçülen θ açısına temas açısı denir. (37) göre

. (38)

Temas açısı, yalnızca şu koşul altında (38) ifadesiyle belirlenir:

. (39)

(39) memnun değilse, yani. |α TG – α TG | > α ZhG, θ'nin herhangi bir değeri için denge kurulamaz. Bu iki durumda gerçekleşir.

1) a TG > a TG + a FG. θ açısı ne kadar küçük olursa olsun, α TG kuvveti diğer ikisinden daha ağır basar (Şek. 18, a). Bu durumda, sıvı katı bir cismin yüzeyi üzerinde süresiz olarak yayılır - tam ıslanma. Katı - gaz yüzeyini katı - sıvı ve sıvı - gaz olmak üzere iki yüzeyle değiştirmek, enerjik olarak elverişli olduğu ortaya çıkıyor. Tam ıslanma ile temas açısı sıfırdır.

2) a TG > a TG + a FG. θ açısı π'ye ne kadar yakın olursa olsun, α TL kuvveti diğer ikisinden daha ağır basar (Şekil 18,b). Katı-sıvı yüzeyi, katı-gaz ve sıvı-gaz olmak üzere iki yüzeyle değiştirmek, enerjik olarak elverişli olduğu ortaya çıktı. Tam ıslanmama ile temas açısı π'ye eşittir. .

Pirinç. 18. Tam ıslanma ve tam ıslanmama

Koşul (39) karşılanırsa, α TG ve α TG arasındaki orana bağlı olarak temas açısı dar veya geniş olabilir. α TG > α TG ise, o zaman cosθ > 0 ve θ açısı dardır (Şekil 19a). Bu durumda kısmi ıslanma gerçekleşir. α TG ise< α ТЖ, то cosθ < 0, и угол θ - тупой (рис. 19,б). В этом случае имеет место частичное несмачивание.

Şekil 19. Kısmi ıslatma ve kısmen ıslatmama

Suyun yüzey gerilimi, suyun en ilginç özelliklerinden biridir.

İşte yetkili bir kaynaktan bu terimin bir tanımı.

Yüzey gerilimi...

Büyük Tıp Ansiklopedisi

Yüzey gerilimi (P. n.), yüzey filminin her bir bölümünün (bir sıvının serbest yüzeyi veya iki faz arasındaki herhangi bir ara yüz) yüzeyin bitişik kısımlarına etki ettiği çekim kuvvetidir. İç basınç ve P. n. Sıvının yüzey tabakası elastik gerilmiş bir zar gibi davranır. Chap tarafından geliştirilen fikre göre. arr. Laplace (Laplace), sıvı yüzeylerin bu özelliği, mesafe ile hızla azalan moleküler çekim kuvvetlerine bağlıdır. Homojen bir sıvı içinde, onu çevreleyen moleküllerden her bir moleküle etki eden kuvvetler karşılıklı olarak dengelenir. Ancak yüzeye yakın, moleküler çekim kuvvetlerinin sonucu içe doğru yönlendirilir; yüzey moleküllerini sıvının kütlesine çekme eğilimindedir. Sonuç olarak, tüm yüzey tabakası, elastik gerilmiş bir film gibi, sıvının iç kütlesi üzerinde yüzeye dik yönde çok önemli bir basınç uygular. Hesaplamalara göre, sıvının tüm kütlesinin altında yer aldığı bu "iç basınç" birkaç bin atmosfere ulaşıyor. Dışbükey bir yüzeyde artar ve içbükey bir yüzeyde azalır. Serbest enerjinin minimuma eğilimi nedeniyle, herhangi bir sıvı, yüzeyinin - yüzey kuvvetlerinin etki alanı - mümkün olan en küçük değere sahip olduğu bir biçim alma eğilimindedir. Sıvının yüzeyi ne kadar büyük olursa, yüzey filminin kapladığı alan o kadar büyük olur, büzülmesi sırasında serbest yüzey enerjisinin miktarı o kadar fazla olur. Büzülen yüzey filminin her bir bölümünün bitişik parçalar üzerinde (serbest yüzeye paralel yönde) etki ettiği gerilime gerilim gerilimi denir. Elastik gerilmiş bir cismin elastik geriliminin aksine, P. n. yüzey filmi sıkıştırıldığı için zayıflamaz. … Yüzey gerilimi, sıvının serbest yüzeyini bir arttırmak için yapılması gereken işe eşittir. P. n. bir sıvının bir gazla (kendi buharıyla), başka bir karışmayan sıvıyla veya katı bir cisimle sınırında gözlenir. Aynı şekilde, katı bir gövdenin bir P. n'si vardır. gazlar ve sıvılar ile arayüzde. P. n.'den farklı olarak, kesilmiş bir sıvının (veya katı gövdenin) serbest yüzeyinde, gazlı bir ortamla sınırlanan, iki sıvı (veya sıvı ve katı) fazın iç sınırında gerilim vardır, özel bir terim belirtmek uygundur. Alman literatüründe kabul edilen "sınır gerilimi" terimi (Grenzflachenspannung). Sıvı içinde çözülürse, düşürülerek P. n., o zaman bedava enerji sadece sınır yüzeyinin boyutunu azaltarak değil, aynı zamanda adsorpsiyon yoluyla da azalır: yüzey aktif (veya kılcal aktif) bir madde, yüzey tabakasında artan bir konsantrasyonda toplanır ...
…

Büyük tıbbi ansiklopedi. 1970

Yukarıdakilerin tümü şu şekilde özetlenebilir - su da dahil olmak üzere herhangi bir sıvının yüzeyinde bulunan moleküller, sıvı içindeki diğer moleküller tarafından çekilir ve bunun sonucunda yüzey gerilimi oluşur. Bunun, bu özelliğin basitleştirilmiş bir anlayışı olduğunu vurguluyoruz.

Suyun yüzey gerilimi

Bu özelliğin daha iyi anlaşılması için, gerçek hayatta suyun yüzey geriliminin çeşitli tezahürlerini sunuyoruz:

Suyun musluğun ucundan nasıl damladığını ve akmadığını gördüğümüzde, bu suyun yüzey gerilimidir;
Uçan bir yağmur damlası yuvarlak, hafif uzamış bir şekil aldığında, bu suyun yüzey gerilimidir;
Su geçirmez bir yüzeydeki su küre şeklini aldığında, bu suyun yüzey gerilimidir;
Rüzgar su kütlelerinin yüzeyinde estiğinde meydana gelen dalgalanmalar da suyun yüzey geriliminin bir tezahürüdür;
Uzayda su, yüzey gerilimi nedeniyle küresel bir şekil alır;
Su kuşu böceği, suyun bu özelliği sayesinde suyun yüzeyinde kalır;
Suyun yüzeyine dikkatlice bir iğne batırılırsa yüzer;
Farklı yoğunluk ve renkteki sıvılar dönüşümlü olarak bir bardağa dökülürse karışmadıklarını görürüz;
Yanardöner sabun köpüğü de yüzey geriliminin harika bir göstergesidir.

Yüzey gerilimi katsayısı

Politeknik terminolojik açıklayıcı sözlük

Yüzey gerilimi katsayısı, bir sıvının yüzeyinde veya iki karışmaz sıvı arasındaki arayüzde yüzey geriliminin doğrusal kuvvetidir.

politeknik terminolojik sözlük. Derleyen: V. Butakov, I. Fagradyants. 2014

Aşağıda, 20 ° C sıcaklıkta çeşitli sıvılar için yüzey gerilimi katsayısı (C.T.S.) değerlerini veriyoruz: