HomenlOppervlaktespanning: definitie en oorzaken

Oppervlaktespanning: definitie en oorzaken

Oppervlaktespanning is de energie die nodig is om het oppervlak van een vloeistof per oppervlakte-eenheid te vergroten. Omdat deze krachten variëren afhankelijk van de aard van de vloeistof (bijvoorbeeld water versus benzine) of de opgeloste stoffen die deze bevat (bijvoorbeeld oppervlakteactieve stoffen zoals wasmiddel), heeft elke oplossing verschillende oppervlaktespanningswaarden.

Laten we eens kijken naar een voorbeeld: elke keer dat een glas water bijna tot de rand gevuld is, kan worden waargenomen dat het waterniveau in het glas eigenlijk hoger is dan de hoogte van het glas. Je kunt ook zien dat het gemorste water plassen heeft gevormd die boven het oppervlak uitstijgen. De twee beschreven verschijnselen zijn het gevolg van oppervlaktespanning.

Meer intuïtief is oppervlaktespanning de neiging van een vloeistof om zo weinig mogelijk oppervlak in te nemen. Deze tendens is de belangrijkste factor in capillaire actie of capillaire beweging . Capillaire werking is een gevolg van de cohesiekrachten tussen moleculen, dat wil zeggen de neiging van moleculen om bij elkaar te blijven en aan elkaar te hechten.

Cohesiekrachten en adhesiekrachten

Cohesiekrachten en adhesiekrachten zijn sterk gerelateerd aan oppervlaktespanning. Deze krachten verschijnen wanneer stoffen massa hebben, dat wil zeggen, het zijn macroscopische eigenschappen, dus ze spelen geen rol wanneer rekening wordt gehouden met individuele atomen of moleculen.

  • Cohesie krachten . Het zijn de krachten die moleculen bij elkaar houden. Als de cohesiekrachten sterk zijn, zal een vloeistof de neiging hebben om druppeltjes op een oppervlak te vormen.
  • Hechtingskrachten . Het zijn de krachten die worden uitgeoefend tussen de moleculen van de vloeistof en een oppervlak. Als de adhesiekrachten groot zijn, zal een vloeistof de neiging hebben zich over een oppervlak te verspreiden.

Dus als de cohesiekrachten sterker zijn dan de adhesiekrachten, zal de vloeistof zijn vorm behouden, maar als het tegenovergestelde gebeurt, zal de vloeistof zich verspreiden, waardoor het oppervlak groter wordt. Elke stof die aan een vloeistof wordt toegevoegd en die het oppervlak vergroot, wordt een bevochtigingsmiddel genoemd.

Bevochtigers zijn stoffen die de oppervlaktespanning van een vloeistof verlagen en ervoor zorgen dat deze zich in de vorm van druppels op een oppervlak verspreidt, waardoor het verspreidingsvermogen van die vloeistof toeneemt.

moleculair perspectief

In een watermonster zijn er twee soorten moleculen: die aan de buitenkant van het monster (buitenste moleculen) en die aan de binnenkant (binnenste moleculen). De binnenste moleculen worden aangetrokken door alle moleculen om hen heen, terwijl de buitenste moleculen alleen worden aangetrokken door andere moleculen aan het oppervlak en die eronder. Dit maakt de energietoestand van de inwendige moleculen minder intens dan die van de uitwendige moleculen. De moleculen behouden dus een minimaal oppervlak, waardoor meer moleculen een lagere energietoestand kunnen hebben. Dit fenomeen is een gevolg van oppervlaktespanning en een van de beste manieren om het bestaan ​​ervan te verifiëren.

Watermoleculen worden tot elkaar aangetrokken vanwege de polaire eigenschap van water. De waterstofuiteinden zijn positief, terwijl de zuurstofuiteinden negatief zijn, en ze binden zich aan elkaar, negatieve zuurstofatomen met positieve waterstofatomen. Om deze intermoleculaire bindingen te verbreken is een bepaalde hoeveelheid energie nodig, en dat is precies de oppervlaktespanning. Hetzelfde geldt voor andere vloeistoffen, zelfs vloeistoffen die hydrofoob zijn , zoals olie. Er zijn andere krachten die in de vloeistof werken, zoals Van der Waals-krachten, die worden uitgeoefend tussen de moleculen van de vloeistof.

Om verder te gaan met het voorbeeld van water, de oppervlaktespanning is erg hoog. in feite kan de oppervlaktespanning van water ervoor zorgen dat materialen die nog dichter zijn dan het water zelf erop drijven. Dankzij hun oppervlaktespanning kunnen bepaalde organismen letterlijk op het water lopen. Een voorbeeld is de watermug of schoenmaker, die over zijn oppervlak kan rennen door de intermoleculaire krachten van de watermoleculen en doordat het gewicht van de mug over zijn poten wordt verdeeld. Oppervlaktespanning zorgt ook voor de vorming van druppeltjes die we constant in de natuur zien.

Andere voorbeelden van oppervlaktespanning

Een alcoholische drank vormt kleine groeven in het glas door de interactie tussen de verschillende oppervlaktespanningswaarden van ethanol en water, en de snellere verdamping van alcohol in vergelijking met water.

Olie en water scheiden omdat de oppervlaktespanning van deze vloeistoffen verschillend is. In dit geval is de term “grensvlakspanning”, maar het is gewoon een soort oppervlaktespanning tussen twee vloeistoffen.