Поверхностное натяжение воды

Поверхностное натяжение воды — свойство её поверхности вести себя подобно тонкой упругой плёнке. Благодаря ему вода собирается в капли, удерживает на поверхности лёгкие предметы и позволяет водомеркам передвигаться по водоёму. Причина явления связана с притяжением между молекулами.

Что такое поверхностное натяжение

Молекула внутри жидкости окружена другими молекулами со всех сторон, поэтому силы их взаимного притяжения в среднем уравновешены. У молекулы на границе с воздухом соседей сверху почти нет. Возникающая результирующая сила направлена внутрь жидкости. Поверхностный слой стремится сократить свою площадь до минимально возможной.

Это не отдельная оболочка и не вещество на воде, а особое состояние молекул у границы двух сред. Чтобы увеличить площадь поверхности, необходимо совершить работу.

Коэффициент поверхностного натяжения

Количественно явление характеризуют коэффициентом σ. Его можно понимать как силу, действующую на единицу длины границы поверхности. В СИ коэффициент измеряют в ньютонах на метр (Н/м). Для чистой воды при 20 °C он составляет примерно 0,0728 Н/м, или 72,8 мН/м.

При нагревании движение молекул усиливается, а поверхностное натяжение уменьшается.

Почему игла может плавать

Стальная игла плотнее воды и при обычном погружении тонет. Однако аккуратно положенная горизонтально сухая игла деформирует поверхность, не прорывая её. Направленные вверх составляющие сил поверхностного натяжения вместе с выталкивающей силой уравновешивают вес иглы.

Опыт особенно нагляден, если положить иглу на небольшой кусочек салфетки. После намокания бумага опускается, а игла может остаться сверху. Капля моющего средства нарушает равновесие и обычно заставляет её утонуть.

Водомерки и другие организмы

Ноги водомерки покрыты водоотталкивающими микроскопическими волосками. Они не прокалывают поверхность, а создают на ней углубления и распределяют вес насекомого. Водомерка имеет шесть ног; средняя пара служит главным образом для движения, задняя помогает управлять направлением.

Поверхностное натяжение важно и для мелких водных организмов, личинок и растений. Но оно не является единственной причиной подъёма воды в стеблях: там совместно действуют испарение, сцепление молекул, прилипание к стенкам сосудов и давление в корнях.

Как влияют мыло, соли и загрязнения

Мыло и моющие средства относятся к поверхностно-активным веществам. Их молекулы концентрируются на границе воды и воздуха и ослабляют взаимное притяжение молекул воды. Поэтому раствор легче растекается, смачивает ткань и проникает в загрязнения.

Растворённые соли нередко немного увеличивают поверхностное натяжение, а спирты и многие органические примеси уменьшают. Результат зависит от состава и концентрации раствора.

Смачивание и мениск

Если притяжение воды к материалу сильнее притяжения её молекул друг к другу, вода смачивает поверхность и растекается. На чистом стекле образуется вогнутый мениск. На воске или водоотталкивающем покрытии вода собирается в округлые капли, поскольку сцепление между её молекулами преобладает.

Значение в быту и технике

Поверхностное натяжение учитывают при распылении жидкостей, печати чернилами, окрашивании, пайке, изготовлении лекарственных форм и работе микроканалов. Оно определяет размер капель, образование пены и способность раствора проникать в поры.

Краткие ответы

Почему поверхность воды похожа на плёнку

Молекулы у поверхности испытывают нескомпенсированное притяжение внутрь жидкости, поэтому поверхность стремится уменьшить площадь.

Уменьшается ли поверхностное натяжение при нагревании

Да. Чем выше температура воды, тем меньше коэффициент поверхностного натяжения.

Почему мыло помогает мыть

Оно снижает поверхностное натяжение, благодаря чему вода лучше смачивает поверхность и проникает между материалом и загрязнением.