Cel Zaobserwowanie i poznanie zjawiska napięcia powierzchniowego wody Potrzebne przedmioty

·      naczynie z wodą ·      detergent np.płyn do mycia naczyń (kilka kropli) ·      drobny przedmiot np. szpilka, liść, moneta - na zdjęciach agrafka

Przebieg doświadczenia

1. Nalewamy wody do naczynia (mniej więcej do połowy)
2. Na powierzchni wody delikatnie kładziemy drobny przedmiot. Obserwujemy unoszenie się przedmiotu na wodzie.
3. Zdejmujemy przedmiot.
4. Dodajemy do naczynia kilka kropli płynu detergentu i dokładnie mieszamy.

 

5. Ponownie kładziemy przedmiot na powierzchni wody.

Obserwacje Przy położeniu przedmiotu na powierzchni czystej wody, przedmiot unosi się na powierzchni, nawet przy niewielkim poruszeniu naczyniem. Po dodaniu płynu detergentu przedmiot opada na dno i nie można położyć go na powierzchni. Wnioski Siły oddziaływania między cząsteczkami czystej wody są silne na tyle aby bez problemu utrzymać na powierzchni drobne przedmioty. Cząstki wody wzajemnie przyciągają się tworząc na powierzchni “błonę”. Po dodaniu detergentu jego cząstki zmniejszają napięcie powierzchniowe, czyli osłabiają oddziaływanie między cząsteczkami wody. Przerwana w ten sposób “błona” nie jest w stanie utrzymać przedmiotu na powierzchni. Wyjaśnienie Dzięki oddziaływaniom elektromagnetycznym cząsteczki wody przyciągają się wzajemnie. Na każdą cząsteczkę wody działają siły spójności, które wewnątrz równoważą się w roztworze (rys. 1). Na powierzchni siły te się nie równoważą. Siła wypadkowa skierowana jest prostopadle do granicy ciecz-ciało stałe, ciecz-gaz lub ciecz-ciecz i nazywa się ją siłą napięcia powierzchniowego. To czy powstanie granica ciecz-ciecz jest zależne także od sił spójności, a dokładnie od tego, czy siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami obydwu cieczy są silniejsze czy słabsze od sił spójności każdej z cieczy. Jeśli siły spójności są wyraźnie większe, ciecze nie zmieszają się ze sobą, lecz powstanie granica pomiędzy cieczami jak w przypadku wody i oleju. Rys. 1. Siły spójności działające na wybrane cząsteczki cieczy znajdujące się w głębi roztworu i na jego powierzchni wraz z zaznaczoną wypadkową siłą napięcia powierzchniowego (_{Fnap_pow}) działającego na cząsteczki na granicy cieczy. Cząsteczki na powierzchni mają większą energię potencjalną, niż te położone głębiej. Według podstawowych praw przyrody każdy układ cząstek dąży do stanu o minimalnej energii, w tym przypadku poprzez m. in. minimalizowania swojej powierzchni w stosunku do objętości cieczy. Dla kuli ten stosunek jest najmniejszy. To dlatego krople wody spadające w postaci deszczu przyjmują kształt kulisty (dopiero opory powietrza nieco je wydłużają). Wzajemne przyciąganie takich samych cząstek powoduje powstanie “błony” na granicy ośrodków. Zjawisko to umożliwia formowanie się kropli cieczy, unoszenie się drobnych przedmiotów na powierzchni czy przemieszczenie się po niej owadów. Siły spójności między cząsteczkami i siły napięcia powierzchniowego zmieniają się pod wpływem temperatury lub zmieszania dwóch cieczy, w wyniku czego powstaje roztwór o nieco innych oddziaływaniach międzycząsteczkowych. Substancje, które szczególnie silnie oddziałują na zmniejszenie sił napięcia powierzchniowego to substancje powierzchniowo czynne lub detergenty.