Поверхностное натяжение жидкостей
В жизни мы часто наблюдаем свойства жидкостей, природа которых обусловлена их молекулярным строением и взаимодействием молекул. Например, жидкость, соприкасаясь с твердым телом, может смачивать или не смачивать его поверхность; соприкасаясь с газом, она образовывает свободную поверхность.
Это объясняется тем, что молекулы поверхностного слоя взаимодействуют между собой иначе, чем молекулы внутри жидкости.
Пролитая на пол вода растекается по ее поверхности тонким слоем.
«Внутренние» молекулы жидкости равномерно окружены со всех сторон другими такими же молекулами, и потому равнодействующая сил межмолекулярного взаимодействия старается удержать их в стабильном состоянии. Те же молекулы, которые находятся в поверхностном слое, взаимодействуют преимущественно со своими «внутренними» молекулами, поскольку их взаимодействие с молекулами газа значительно слабее.
Чтобы удержать их в поверхностном слое, молекулам необходимо выполнить работу против нескомпенсированных сил, старающихся втянуть их обратно в жидкость. То есть молекулы поверхностного слоя имеют избыточную потенциальную энергию Uп, которая называется поверхностной энергией.
По сути она является внутренней энергией жидкости. Отнесенная к единице площади S, поверхностная энергия называется поверхностным натяжением σ:
σ = Uп / S.
В СИ поверхностное натяжение измеряется в джоулях на квадратный метр Дж/м2.
Поверхностная энергия пропорциональна площади поверхности жидкости: чем она больше, тем больше поверхностная энергия.
В состоянии равновесия, когда на тело не действуют другие силы, молекулярные силы стараются сузить свободную поверхность жидкостей. Поэтому при отсутствии действия других сил, например в невесомости, жидкости приобретают форму шара, поскольку, как известно из математики, площадь поверхности сферы наименьшая по сравнению с другими фигурами такого же объема.
Поверхностное натяжение зависит от наличия в жидкости примесей, влияющих на ее поверхностные свойства. Существуют вещества, например мыло и стиральные порошки, которые могут в несколько раз уменьшать поверхностное натяжение воды.
Это их свойство используют для стирки белья. Такие вещества, как бензин, спирт, уайт-спирит, по природе имеют маленькое поверхностное натяжение, поэтому их применяют при химической чистке одежды.
