ما هو التوتر السطحي للغازات

التوتر السطحي ، خاصية سطح سائل يظهر من خلال تصرفه كما لو كان غشاء مرن ممتد ، حيث يكون السائل ملامسًا للغاز ، بمثابة صفيحة مرنة رقيقة ،يستخدم هذا المصطلح فقط عندما يكون سطح السائل ملامسًا للغاز (مثل الهواء) ، إذا كان السطح بين سائلين (مثل الماء والزيت) ، فإنه يسمى “توتر الواجهة”.

يمكن ملاحظة هذه الظاهرة في الشكل شبه الكروي لقطرات صغيرة من السوائل وفقاعات الصابون ، القوى الجاذبة التي نتحدث عنها هنا هي بسبب القوى الكهروستاتيكية ، عادة ، نشير إلى هذا التماسك عند سطح الغاز السائل ؛ تذكر عدم وجود سائل صلب أو سائل سائل.

بشكل أساسي ، إذا كان غازًا ، فلا يوجد توتر سطحي ، ينشأ التوتر السطحي من قوى الجذب المستمرة بين الجزيئات ، يتم تعريف الغازات من خلال افتقارها التام للقوى بين الجزيئات ، على الأقل في الحالة المثالية ، حتى في ظل الظروف غير المثالية ، فإن القوى الجذابة الحالية ليست طويلة الأمد ، ولن تؤدي إلى أي شيء يشبه التوتر السطحي.

إذا كان لديك غازان طبقيان حقًا ، فإن الحاجز الوحيد أمام اختلاطهما هو الحاجة إلى رفع الغاز الثقيل إلى ارتفاع أعلى لإفساح المجال للغاز الأخف ، لأن التوتر السطحي هو نوع من القوة الموجودة بين سطحين غير متماثلين ، تختلف خصائص السطح عن حجم المادة حيث أن داخل المادة محاطة بجزيئات مماثلة. لذا فإن القوة غير المتماثلة بين نوعين مختلفين من الجزيئات هي المسؤولة عن التوتر السطحي ، ومن أهم

العوامل المؤثرة على التوتر السطحي

درجة الحرارة ونوع السائل .

ومن المعروف يقاس التوتر السطحي عادةً بالدينات / سم ، القوة في الدينات المطلوبة لكسر فيلم بطول 1 سم ، بالتساوي ، يمكن التعبير عنها على أنها طاقة سطحية بوحدة ergs لكل سنتيمتر مربع ، الماء عند 20 درجة مئوية له توتر سطحي 72.8 داين / سم مقارنة بـ 22.3 للكحول الإيثيلي و 465 للزئبق. [1]

وحدات التوتر السطحي

التوتر السطحي هو مقياس لقوى التماسك بين جزيئات السائل الموجودة على السطح. من الواضح ماديًا أن التوتر السطحي والبنية الجزيئية مرتبطان ، ولكن لم يتم الحصول على ملاحظات كمية .115 يتراوح التوتر السطحي لـ ILs التقليدية من 25.2 إلى 59.8 mN / m عند درجة الحرارة المحيطة ، التوتر السطحي يتصرف مثل غشاء يفصل بين المرحلتين.

يتم التعبير عن التوتر السطحي بوحدات القوة لكل وحدة طول أو الطاقة لكل وحدة مساحة (على سبيل المثال ، N / m أو J / m2) ، كلاهما متكافئ ، ولكن عند الإشارة إلى الطاقة لكل وحدة مساحة ، يستخدم الناس مصطلح “الطاقة السطحية” ، وهو مصطلح أكثر عمومية بمعنى أنه ينطبق على المواد الصلبة وكذلك السوائل .

تطبيقات التوتر السطحي

التوتر السطحي هو الميل المرن لسطح السائل مما يجعله يكتسب أقل مساحة ممكنة من السطح ، وتكون قوى التماسك بين جزيئات السائل مسؤولة عن هذه الظاهرة ، بعض التطبيقات البارزة للتوتر السطحي هي:

يمكن جعل الإبرة الموضوعة على الماء تطفو بسبب التوتر السطحي للماء.
يتم استخدام الماء الدافئ لغرض الغسيل حيث أن التسخين يزيد من مساحة السطح ويقلل من التوتر السطحي.
يمكن لبيض البعوض أن يطفو على الماء بسبب التوتر السطحي به.
يحتوي معجون الأسنان على صابون يقلل من التوتر السطحي ويساعد على انتشاره بحرية في الفم.
التوتر السطحي يمنع الماء من المرور عبر مسام المظلة.
المطهرات مثل ديتول لها توتر سطحي منخفض ، بحيث تنتشر بشكل أسرع..

الفائدة من التوتر السطحي

التوتر السطحي مسؤول عن قابلية الشعيرات الدموية ، وهو ميل السوائل (مثل الماء) إلى “الفتل” والامتصاص في القماش وأشياء مثل المناشف الورقية وورق التواليت ، والتسلق ضد الجاذبية في الأنابيب الدقيقة.
إذا كان التوتر السطحي للماء سيكون أقل بكثير ، فلن يطفو شيء على القمة، حتى أصغر الجسيمات ستغرق في القاع مسببة فشل النظام البيئي ، علاوة على ذلك ، لن يكون هناك ماء في شكل سائل لأنه سيتبخر ببساطة في الغلاف الجوي.
التوتر السطحي من العوامل الرئيسية في العديد من العمليات الصناعية :
تطوير المنتج

: يلعب التوتر السطحي والواجهة دورًا رئيسيًا في تطوير وتحسين جودة المنتج بقياس التوتر السطحي .
تحسين المنظفات

: تم تطوير التركيبة الخاصة بالمنظفات لتحسين خصائصها من خلال تخفيض كميةالتوتر السطحي بالاعتماد على درجات حرارة منخفضة
الدهانات

: تم تصميمها ليكون الالتصاق بشكل جيد على أسطح الجدران .
الأدوية

: تم تطوير الأدوية لزيادة الفاعلية . [2]

تفسير ظاهرة التوتر السطحي

قوى التماسك بين الجزيئات السائلة هي المسؤولة عن

ظاهرة التوتر السطحي

، لا تحتوي الجزيئات الموجودة على السطح على جزيئات أخرى مماثلة على جميع جوانبها ، وبالتالي فهي تتماسك بقوة أكبر مع الجزيئات المرتبطة بها مباشرة على السطح. وهذا يشكل “فيلمًا” سطحيًا مما يجعل تحريك الجسم عبر السطح أكثر صعوبة من تحريكه عندما يكون مغمورًا بالكامل.

تعمل القوى الجزيئية المختلفة ، مثل قوى فان دير فال ، على سحب الجزيئات السائلة معًا ، على طول السطح ، يتم سحب الجسيمات باتجاه باقي السائل ، يُعرَّف التوتر السطحي (يُشار إليه باستخدام جاما المتغيرة اليونانية) على أنه نسبة قوة السطح F إلى الطول d الذي تعمل القوة على طوله جاما = F /د ، ومن أهم فوائده :

التوتر السطحي هو خاصية أساسية لسطح السائل.
التوتر السطحي مسؤول عن انحناء أسطح الهواء والسوائل.
التوتر السطحي مسؤول عن قدرة بعض الأجسام الصلبة على “الطفو” على سطح السائل.
التوتر السطحي مسؤول عن شكل الواجهة بين سائلين غير قابلين للامتزاج. [3]

أمثلة على التوتر السطحي

التوتر السطحي هو ميل أسطح السوائل إلى الانكماش إلى أدنى مساحة ممكنة للسطح ، مثال على التوتر السطحي :

قطرات من الماء

: عند استخدام قطارة الماء ، لا يتدفق الماء في تيار مستمر ، بل يتدفق في سلسلة من القطرات ، شكل القطرات ناتج عن التوتر السطحي للماء ، يوفر التوتر السطحي للماء توتر الجدار الضروري لتشكيل الفقاعات بالماء ، الميل لتقليل توتر الجدار هذا يسحب الفقاعات إلى أشكال كروية ، التوتر السطحي مسؤول عن شكل القطرات السائلة ، على الرغم من سهولة تشوهها ، إلا أن قطرات الماء تميل إلى أن تسحب إلى شكل كروي بواسطة قوى التماسك للطبقة السطحية.

الحشرات تمشي على الماء

: يمكن للحشرات الصغيرة مثل متزلج الماء أن تمشي على الماء لأن وزنها لا يكفي لاختراق السطح.

إبرة عائمة

: يمكن صنع إبرة صغيرة موضوعة بعناية لتطفو على سطح الماء على الرغم من أنها كثيفة مثل الماء عدة مرات ، إذا تم تحريك السطح لتفكيك التوتر السطحي ، فسوف تغرق الإبرة بسرعة.

مواد الخيام

: المقاومة للمطر إلى حد ما حيث أن التوتر السطحي للماء سوف يسد المسام في المواد المنسوجة بدقة. ولكن إذا لمست مادة الخيمة بإصبعك ، فإنك تكسر التوتر السطحي وسيتساقط المطر من خلاله.

مطهرات التوتر السطحي

: المطهرات عادة ما تكون محاليل للتوتر السطحي المنخفض ، هذا يسمح لهم بالانتشار على جدران الخلايا من البكتيريا وتعطيلها.

الصابون والمنظفات:

تساعد في تنظيف الملابس عن طريق تقليل التوتر السطحي للمياه بحيث تتسرب بسهولة في المسام والمناطق المتسخة.

الغسل بالماء البارد

: السبب الرئيسي لاستخدام الماء الساخن للغسيل هو أن التوتر السطحي للغسيل أقل وهو عامل ترطيب أفضل ، ولكن إذا كان المنظف يقلل من التوتر السطحي ، فقد يكون التسخين غير ضروري. [4]