Рідини. Поверхневий натяг рідин

· Рідини і гази

· Сила поверхневого натягу.

Рідини і гази. Будь-яка хімічно однорідна речовина може бути за одних умов у газоподібному стані, а за інших – у рідкому. Водночас за своїми властивостями гази і рідини істотно відрізняються. Рідини, як і гази, не мають певної форми і набувають форми тієї посудини, в якій знаходяться, але газ не має власного об’єму і займає будь-який наданий йому об’єм. Об’єм рідини – сталий. Газ відносно легко стискається, а рідини майже нестисливі. Можливість вільного переміщення молекул рідини одна відносно одної зумовлює їх плинність.

Найхарактернішою властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню.

Мал. 35. Сили міжмолекулярної взаємодії молекул рідини

На кожну молекулу рідини діють сили притягання сусідніх молекул (мал. 35).

Ці сили для молекул, що знаходяться всередині рідини, взаємно скомпенсовані.

Рівнодійна ж сил притягання, що діє на молекули, які знаходяться на поверхні розділу, напрямлена вниз (усередину рідини).

Молекули поверхневого шару, товщина якого дорівнює радіусу дії молекулярних сил, чинять молекулярний тиск на рідину, стягуючи її поверхню до мінімуму. Це явище називається явищем поверхневого натягу.

Завдяки поверхневому натягу води на її поверхні можуть утримуватися легкі (навіть металеві) предмети і рухатися комахи-водомірки (мал. 36).

Мал. 36. а – металева скребка на поверхні води, б – комаха-водомірка

Сила поверхневого натягу. Поверхневий шар рідини розтягнутий і між молекулами на поверхні діють сили притягання, рівнодійну яких називають силою поверхневого натягу.

Силою поверхневого натягу називають силу, яка діє вздовж поверхні рідини перпендикулярно до лінії, що обмежує цю поверхню, і прагне скоротити її до мінімуму.

Під дією сил поверхневого натягу поверхневий шар рідини намагається скоротити площу своєї поверхні до мінімальних розмірів, можливих при певному об’ємі рідини. Мінімальну поверхню серед тіл певного об’єму має куля. Тому маленькі крапельки води близькі за формою до кулі (мал.37).

Мал. 37. Крапельки води

Для кількісного оцінювання сили поверхневого натягу її відносять до одиниці довжини межі поверхневого шару.

Коефіцієнт поверхневого натягу σ дорівнює відношенню сили поверхневого натягу до довжини лінії l, що обмежує поверхню розділу:

.

У СІ коефіцієнт поверхневого натягу виражають у ньютонах на метр [σ] = Н/м.

Цей коефіцієнт, визначений для багатьох однорідних рідин і занесений до таблиць,

Коефіцієнт поверхневого натягу не залежить від довжини контуру, а визначається фізичними властивостями рідини, її станом.

У результаті підвищення температури коефіцієнт зменшується через збільшення середньої відстані між молекулами на поверхні рідини. За критичної для певної рідини температури її поверхневий натяг дорівнює нулю.

На значення коефіцієнта також впливає наявність домішок у самій рідині. Зокрема, мило зменшує коефіцієнт поверхневого натягу води з 72·10 ^{– 3} до 45·10 ^{– 3} Н/м. У процесі прання білизни значення зменшується як через нагрівання рідини, так і в результаті введення мийних засобів, що сприяє легшому проникненню розчину у тканину. Бензин і різні спирти застосовують під час хімічного чищення одягу.

Дайте відповіді на запитання

1. Які властивості має поверхневий шар рідини? Що таке сила поверхневого натягу?

2. Що називають коефіцієнтом поверхневого натягу? Від чого він залежить? У яких одиницях вимірюється коефіцієнт поверхневого натягу в СІ?

3. Як зміниться сила поверхневого натягу води у разі розчинення в ній мила?

4. Якої форми набувають краплі рідини в умовах невагомості? Чому?