표면 장력 물성 모두를 갖는 유체와 그 표면의 면적의 증가를 향하여 저항을 특징으로한다. 이것은 상기 표면이 가능한 가장 작은 영역을 찾을 것이라는 말과 동일합니다. 이 현상은 응집력, 접착력 및 분자간 힘과 같은 몇 가지 화학적 개념과 얽혀 있습니다.
표면 장력은 관형 용기 (등급 실린더, 기둥, 시험관 등)에서 액체의 표면 곡률 형성을 담당합니다. 이들은 오목 (골짜기 모양으로 구부러짐) 또는 볼록 (돔 모양으로 구부러짐) 일 수 있습니다. 액체의 표면 장력이 겪는 변화를 고려하면 많은 물리적 현상을 설명 할 수 있습니다.
물방울이 잎에 미치는 구형 모양은 부분적으로 표면 장력 때문입니다. 출처 : flickr 사용자 tanakawho가 찍은 사진
이러한 현상 중 하나는 액체 분자가 그들을 밀어내는 표면에 놓일 때 방울 형태로 응집되는 경향입니다. 예를 들어, 우리가 잎 위에 보이는 물방울은 왁스 같은 소수성 표면으로 인해 적실 수 없습니다.
그러나 중력이 그 역할을하고 물방울이 물기둥처럼 쏟아지는 때가 온다. 온도계에서 흘렸을 때 구형의 수은 방울에서도 유사한 현상이 발생합니다.
반면에 물의 표면 장력은 세포 및 지질 막과 같은 수성 매체에서 미세한 물체의 상태에 기여하고 조직화하기 때문에 가장 중요합니다. 또한이 장력은 물이 천천히 증발하는 원인이되며 일부 물체는 표면에 떠있을 수있는 것보다 밀도가 높습니다.
표면 장력의 원인
표면 장력 현상에 대한 설명은 분자 수준입니다. 액체 분자는 불규칙한 움직임에서 응집력이있는 방식으로 서로 상호 작용합니다. 분자는 그 옆에있는 이웃과 그 위 또는 아래에있는 것들과 상호 작용합니다.
그러나 이것은 공기 (또는 다른 기체) 또는 고체와 접촉하는 액체 표면의 분자와 동일하게 발생하지 않습니다. 표면의 분자는 외부 환경의 분자와 결합 할 수 없습니다.
결과적으로 그들은 그들을 위로 당기는 힘을 경험하지 않습니다. 액체 매질의 이웃에서 아래쪽으로 만. 이러한 불균형에 대응하기 위해 표면에있는 분자는 "압착"됩니다. 그래야만 분자를 아래로 밀어내는 힘을 극복 할 수 있습니다.
그런 다음 분자가 더 팽팽한 배열에있는 표면이 생성됩니다. 입자가 액체를 통과하려면 먼저 액체의 표면 장력에 비례하여이 분자 장벽을 통과해야합니다. 액체의 깊이에서 외부 환경으로 탈출하려는 입자도 마찬가지입니다.
따라서 표면은 변형에 대한 저항성을 나타내는 탄성 필름처럼 거동합니다.
단위
표면 장력은 일반적으로 기호 γ로 표시되며 N / m, 힘 x 길이 단위로 표시됩니다. 그러나 대부분의 경우 단위는 dyn / cm입니다. 하나는 다음 변환 계수에 의해 다른 것으로 변환 될 수 있습니다.
1 dyn / cm = 0.001 N / m
물의 표면 장력
물은 모든 액체 중에서 가장 희귀하고 놀랍습니다. 표면 장력과 몇 가지 특성은 상온에서 72 dyn / cm로 비정상적으로 높습니다. 이 값은 0ºC의 온도에서 75.64 dyn / cm까지 증가 할 수 있습니다. 또는 100ºC의 온도에서 58.85ºC로 낮추십시오.
이러한 관찰은 분자 장벽이 동결에 가까운 온도에서 더욱 강화되거나 끓는점 주변에서 약간 더 "느슨해졌다"고 생각할 때 의미가 있습니다.
물은 수소 결합으로 인해 표면 장력이 높습니다. 이것들 자체가 액체 내에서 눈에 띄면 표면에 훨씬 더 많이 있습니다. 물 분자는 강하게 얽혀 H 2 O-HOH 유형 의 쌍극자-쌍극자 상호 작용을 형성 합니다.
물 분자는 서로 끌립니다. 수소 결합으로 연결되어 있습니다
수성 분자 장벽이 가라 앉기 전에 일부 신체를 지원할 수있는 상호 작용의 효율성입니다. 응용 프로그램 및 실험 섹션에서이 지점으로 돌아갑니다.
다른 예
모든 액체는 물보다 낮거나 큰 정도 또는 순수한 물질이든 용액이든 표면 장력을 나타냅니다. 표면의 분자 장벽이 얼마나 강하고 긴장되는지는 구조적 및 에너지 적 요인뿐만 아니라 분자간 상호 작용에 직접적으로 좌우됩니다.
응축 된 가스
예를 들어, 액체 상태의 기체 분자는 런던 분산력을 통해서만 서로 상호 작용합니다. 이것은 표면 장력이 낮은 값을 갖는다는 사실과 일치합니다.
-액체 헬륨, -273 ºC에서 0.37 dyn / cm
-액체 질소, -196 ºC에서 8.85 dyn / cm
-액체 산소, -182 ºC에서 13.2 dyn / cm
액체 산소의 표면 장력은 분자의 질량이 더 크기 때문에 헬륨의 표면 장력보다 높습니다.
무극성 액체
비극성 및 유기 액체는 이러한 응축 가스보다 표면 장력이 더 높을 것으로 예상됩니다. 그중 일부는 다음과 같습니다.
-Dietilether, 20ºC에서 17dyn / cm
-n-Hexane, 20 ° C에서 18.40 dyn / cm
-n-옥탄, 21.80 dyn / cm, 20 ° C
-톨루엔, 27.73 dyn / cm at 25 ºC
이러한 액체에서도 유사한 경향이 관찰됩니다. 분자 질량이 증가함에 따라 표면 장력이 증가합니다. 그러나 n- 옥탄은 따라서 톨루엔이 아니라 표면 장력이 가장 높아야합니다. 여기서 분자 구조와 기하학이 작용합니다.
편평하고 고리 모양의 톨루엔 분자는 n- 옥탄보다 더 효과적인 상호 작용을합니다. 따라서 톨루엔의 표면은 n- 옥탄의 표면보다 "단단"합니다.
극성 액체
극성 액체 분자 사이에 더 강한 쌍극자-쌍극자 상호 작용이 있기 때문에 표면 장력이 더 높은 경향이 있습니다. 그러나 항상 그런 것은 아닙니다. 몇 가지 예가 있습니다.
-아세트산, 27.60 dyn / cm at 20 ºC
-아세톤, 23.70 dyn / cm at 20 ºC
-혈액, 22ºC에서 55.89 dyn / cm
-에탄올, 22.27 dyn / cm at 20 ºC
-글리세롤, 63 dyn / cm at 20 ºC
-650ºC에서 용융 염화나트륨, 163 dyn / cm
-6 M NaCl 용액, 82.55 dyn / cm at 20 ºC
용융 염화나트륨은 표면 장력이 매우 클 것으로 예상되며 점성이있는 이온 성 액체입니다.
반면 수은은 표면 장력이 가장 높은 액체 중 하나입니다 : 487 dyn / cm. 그것의 표면은 물 분자보다 훨씬 더 강한 응집력의 수은 원자로 구성되어 있습니다.
응용
일부 곤충은 물 위를 걸을 수 있도록 물의 표면 장력을 사용합니다. 출처 : Pixabay.
표면 장력만으로는 적용되지 않습니다. 그러나 이것이 존재하지 않는다면 발생하지 않을 다양한 일상 현상에 관여하지 않는다는 것을 의미하지는 않습니다.
예를 들어, 모기와 다른 곤충은 물 속을 걸을 수 있습니다. 이는 소수성 다리가 물을 밀어 내고 질량이 낮기 때문에 강, 호수, 연못 등의 바닥에 떨어지지 않고 분자 장벽 위에 떠있을 수 있기 때문입니다.
표면 장력은 액체의 젖음성에도 영향을 미칩니다. 표면 장력이 높을수록 재료의 기공이나 균열을 통해 누출되는 경향이 적습니다. 이 외에도 표면을 청소하는 데 그다지 유용한 액체가 아닙니다.
세제
여기에서 세제가 작용하여 물의 표면 장력을 줄이고 더 큰 표면을 덮을 수 있습니다. 탈지 작용을 개선하면서 표면 장력을 줄임으로써 기포를 형성하는 공기 분자를위한 공간을 만듭니다.
에멀젼
다른 한편으로, 낮은 높은 장력은 에멀젼의 안정화와 관련이 있으며, 이는 다양한 범위의 제품을 만드는 데 매우 중요합니다.
간단한 실험
물의 표면 장력으로 인해 금속 클립이 떠 있습니다. 출처 : Alvesgaspar
마지막으로 모든 국내 공간에서 수행 할 수있는 몇 가지 실험을 인용합니다.
클립 실험
찬물이 담긴 유리 잔의 표면에 금속 클립이 놓여 있습니다. 위의 이미지에서 볼 수 있듯이 물의 표면 장력으로 인해 클립이 떠 있습니다. 그러나 작은 용암 도자기를 유리에 추가하면 표면 장력이 급격히 떨어지고 종이 클립이 갑자기 가라 앉을 것입니다.
종이배
표면에 종이 보트 또는 나무 팔레트가 있고 식기 세척기 또는 세제가 면봉의 머리에 추가되면 흥미로운 현상이 발생합니다. 반발이 유리 가장자리로 전파됩니다. 종이 보트와 나무 팔레트는 세제가 묻은 면봉에서 멀어집니다.
또 다른 유사하고 더 그래픽적인 실험은 동일한 작업을 반복하지만 물통에 검은 후추를 뿌린 것으로 구성됩니다. 검은 후추 입자가 표류하고 표면은 후추가 덮인 후추에서 수정처럼 투명한 상태로 변하고 후추는 가장자리에 있습니다.
참고 문헌
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