Sức căng bề mặt: định nghĩa và nguyên nhân

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Sức căng bề mặt là năng lượng cần thiết để tăng diện tích bề mặt của chất lỏng trên một đơn vị diện tích. Vì các lực này khác nhau tùy thuộc vào bản chất của chất lỏng (ví dụ: nước so với xăng) hoặc chất hòa tan chứa trong đó (ví dụ: chất hoạt động bề mặt như chất tẩy rửa), mỗi dung dịch có các giá trị sức căng bề mặt khác nhau.

Hãy xem xét một ví dụ: mỗi khi một cốc nước được rót đầy gần đến miệng, có thể quan sát thấy mực nước trong cốc thực sự cao hơn chiều cao của cốc. Bạn cũng có thể thấy rằng nước tràn ra đã tạo thành những vũng nước nổi lên trên bề mặt. Hai hiện tượng được mô tả là do sức căng bề mặt.

Nói một cách trực quan hơn, sức căng bề mặt là xu hướng của chất lỏng chiếm càng ít diện tích bề mặt càng tốt. Xu hướng này là yếu tố chính trong hoạt động mao dẫn hoặc chuyển động mao dẫn . Hoạt động mao dẫn là hệ quả của lực liên kết giữa các phân tử, nghĩa là xu hướng của các phân tử ở lại với nhau và dính vào nhau.

Lực dính và lực dính

Lực dínhlực dính liên quan nhiều đến sức căng bề mặt. Các lực này xuất hiện khi các chất có khối lượng, nghĩa là chúng có tính chất vĩ mô, vì vậy chúng không phát huy tác dụng khi tính đến các nguyên tử hoặc phân tử riêng lẻ.

  • Lực lượng liên kết . Chúng là lực giữ các phân tử lại với nhau. Nếu lực kết dính mạnh, chất lỏng sẽ có xu hướng tạo thành giọt trên bề mặt.
  • Lực dính . Chúng là lực tác dụng giữa các phân tử của chất lỏng và bề mặt. Nếu lực bám dính mạnh, chất lỏng sẽ có xu hướng lan rộng trên bề mặt.

Như vậy, nếu lực dính mạnh hơn lực bám dính, chất lỏng sẽ giữ nguyên hình dạng của nó, nhưng nếu điều ngược lại xảy ra, chất lỏng sẽ lan rộng, do đó làm tăng diện tích bề mặt của nó. Bất kỳ chất nào được thêm vào chất lỏng làm tăng diện tích bề mặt của nó được gọi là chất làm ướt.

Chất làm ướt là những chất làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng và làm cho nó lan rộng dưới dạng giọt trên bề mặt, làm tăng khả năng phân tán của chất lỏng nói trên.

quan điểm phân tử

Trong một mẫu nước có hai loại phân tử: những loại ở bên ngoài mẫu (các phân tử bên ngoài) và những loại ở bên trong (các phân tử bên trong). Các phân tử bên trong bị thu hút bởi tất cả các phân tử xung quanh chúng, trong khi các phân tử bên ngoài chỉ bị thu hút bởi các phân tử khác trên bề mặt và những phân tử bên dưới chúng. Điều này làm cho trạng thái năng lượng của các phân tử bên trong kém mãnh liệt hơn so với trạng thái năng lượng của các phân tử bên ngoài. Do đó, các phân tử duy trì diện tích bề mặt tối thiểu, cho phép nhiều phân tử có trạng thái năng lượng thấp hơn. Hiện tượng này là hệ quả của sức căng bề mặt, và là một trong những cách tốt nhất để xác minh sự tồn tại của nó.

Các phân tử nước bị hút vào nhau do tính chất phân cực của nước. Các đầu hydro mang điện dương, trong khi các đầu oxy mang điện tích âm và chúng liên kết với nhau, oxy âm với hydro dương. Để phá vỡ các liên kết giữa các phân tử này, cần một lượng năng lượng nhất định, chính xác là sức căng bề mặt. Điều tương tự cũng xảy ra với các chất lỏng khác, ngay cả những chất kỵ nước , chẳng hạn như dầu. Có những lực khác tác dụng trong chất lỏng như lực Van der Waals, tác dụng giữa các phân tử của chất lỏng.

Tiếp tục với ví dụ về nước, sức căng bề mặt của nó rất cao. trên thực tế, sức căng bề mặt của nước có thể khiến các vật liệu thậm chí còn đặc hơn cả nước nổi trên nó. Nhờ sức căng bề mặt của chúng, một số sinh vật có thể đi trên mặt nước theo đúng nghĩa đen. Một ví dụ là muỗi nước hoặc muỗi thợ đóng giày, có thể chạy trên bề mặt của nó do lực liên phân tử của các phân tử nước và do trọng lượng của muỗi được phân bố giữa các chân của nó. Sức căng bề mặt cũng cho phép hình thành các giọt mà chúng ta thường thấy trong tự nhiên.

Các ví dụ khác về sức căng bề mặt

Đồ uống có cồn hình thành các rãnh nhỏ trên ly do sự tương tác giữa các giá trị sức căng bề mặt khác nhau của ethanol và nước, đồng thời rượu bay hơi nhanh hơn so với nước.

Dầu và nước tách biệt vì sức căng bề mặt của các chất lỏng này khác nhau. Trong trường hợp này, thuật ngữ này là “sức căng bề mặt”, nhưng nó chỉ đơn giản là một loại sức căng bề mặt giữa hai chất lỏng.

-Quảng cáo-

mm
Carolina Posada Osorio (BEd)
(Licenciada en Educación. Licenciada en Comunicación e Informática educativa) -COLABORADORA. Redactora y divulgadora.

Artículos relacionados