Yüzey gerilimini etkileyen faktörler

Yüzey gerilimini etkileyen faktörler

Yüzey gerilimi, esas olarak belirtilen sıvının içindeki parçacıklar arasındaki çekim kuvvetlerine ve buna bağlı gaz, katı veya sıvıya bağlıdır, yüzey gerilimi arayüzdeki moleküller arası kuvvetlerin etkilerinden kaynaklanır, yüzey gerilimi sıvının doğasına, çevreleyen ortama ve sıcaklığa bağlıdır.

Moleküllerin büyük bir moleküller arası yerçekimi kuvvetine sahip olduğu sıvılar büyük bir yüzey gerilimine sahip olacaktır. Sıvı bir maddenin özellikleri, yüzey gerilimi sırasında esasen sabit kalır, ancak sıcaklık değişiklikleri, moleküllerin bağlanma özelliklerini değiştiren kimyasallar, oksidasyon ve safsızlıkların varlığı ile değiştirilebilir.

Yüzey gerilimi, sıcaklığın düşmesi durumunda, aksine, yüzey gerilimi güçlü bir şekilde azaldığından artar; Sıcaklık arttıkça parçacıklar daha enerjik hale geldikçe kaynama noktasında sıfır olurlar ve kritik sıcaklıkta bozunurlar.

  • Kimyasal katkı maddeleri

Bir sıvıya kimyasallar eklemek, yüzey geriliminin özelliklerini, bir maddeye ilgisiz bir kimyasal madde eklemenin etkisini ve dolayısıyla yüzey gerilimini değiştirmenin en önemli uygulamasıdır: yüzey gerilimini azaltmak için suya sabun (yüzey aktif madde) koymak, bu da karıştırmaya izin verir. Ellerinizdeki kir daha kolay.

Yüzey gerilimini doğrudan etkileyen faktörler arasında artan yüzey gerilimiyle birlikte moleküller arası kuvvetler artar, örneğin atmosferdeki oksijen çeşitli malzemelerin yüzey gerilimini azaltır.

Sıvının yüzey gerilimini etkileyen faktörler arasında safsızlıkların varlığı yer alır, örneğin, suya yüksek oranda çözünür safsızlıklar eklendiğinde suyun yüzey gerilimi artar.

Artık sıcaklık kontrastının, kimyasal ilavenin, oksidasyonun ve safsızlıkların varlığının yüzey gerilimi üzerindeki etkilerine baktığımıza göre, belki de o zaman yüzey aktif maddenin zaman içindeki etkisini ve bu etkiyi nasıl gözlemleyip ölçtüğümüzü düşünmeliyiz. [1]

Yüzey gerilimine ne sebep oldu

Yüzey gerilimine neden olan, van der Waals kuvveti gibi moleküller arası kuvvetler, sıvı parçacıkları yüzey boyunca birlikte çeker, parçacıklar sıvının geri kalanına doğru çekilir, burada sıvıdaki moleküller arasındaki tutarlı etkileşimler nedeniyle yüzey gerilimi oluşur.

Bir sıvının kütlesinde, parçacıkların her iki tarafında bitişik parçacıklar vardır, parçacıklar birbirlerini her yönden eşit bir şekilde çekerek net bir sıfır kuvvet oluşturur, ancak arayüzde sıvı parçacıklar, sıvının kütlesine kıyasla bitişik sıvı parçacıkların yalnızca yarısını içerir, Bu, molekülün yan taraflarındaki parçacıklara daha güçlü bağlanmasına ve sıvıya doğru net bir iç kuvvete neden olur, bu kuvvet yüzey kırılmasına direnir ve yüzey gerilimi olarak adlandırılır.

Daha spesifik olarak, yüzey gerilimi, sıvısız yüzey enerjisinin, yani sıvıların yüzeyinde depolanan enerjinin bir ölçüsüdür.Ayrıca arayüz kuvveti veya arayüz gerilimi olarak da bilinmesine rağmen, yüzey gerilimi adı genellikle sıvının temas halinde olduğu sistemlerde kullanılır. Gaz ile.

Niteliksel olarak, yüzey alanını azaltma eğiliminde olan bir sıvının yüzeyine etki eden kuvvet olarak tanımlanır, bu da sıvıların küresel şekilli damlacıklar oluşturmasına neden olur, örneğin nicel terimler, çünkü boyutları uzunluk başına kuvvettir (lbf / ft), 1 fit uzunluğundaki bir filmi eşit şekilde kırmak için gereken kuvvet (lbf cinsinden) olarak ifade edildiğinde, fit kare başına yüzey enerjisi miktarı (pound-fit cinsinden) olarak yeniden ifade edilebilir.

Yüzey gerilimi için çözülmüş sorunlar

İlk örnek : Hava, bir kabarcık akışı oluşturmak için bir nozül yoluyla su tankına verilir. Kabarcıkların 2 mm çapa sahip olduğu varsayılırsa, nozulun ucundaki hava basıncının çevredeki suyun basıncını ne kadar aşması gerektiğini hesaplayın. Hava ile su arasındaki yüzey geriliminin değerinin 72,7 x 10-3 N / m olduğunu varsayalım.

veri:

Yüzey gerilimi = 72.7 x 10-3 Newton / m

Kabarcık yarıçapı (y) = 1

Denklem:

Dp yükü = 2s / p

Matematiksel hesaplamalar:

Dp çubuğu = 2 × 72,7 × 10-3 / 1 = 145,4 Newton / m2

Yani nozulun ucundaki hava basıncı, ortam su basıncını 145,4 N / m2 aşmalıdır.

İkinci örnek Çapı 50 mm olan bir sabun köpüğünün basıncı (atmosfer basıncının üzerinde) 2 bar’dır. Sabun filmindeki yüzey gerilimini bulun.

veri:

Sabun köpüğü yarıçapı (y) = 25 mm = 0,025 m

Dp = 2 bar = 2 × 105 Newton / m2

Denklem:

Sabun köpüğü içindeki basınç ile yüzey gerilimi ilişkilidir,

Dp çubuğu = 4s / p

Matematiksel hesaplamalar:

S = Dpr / 4 = 2 x 105 x 0,025 / 4 = 1250 N / m

Örnek 3: Suyun yüzey gerilimi 0,4 Newton / m’dir. 3 mm çapında dikey bir tüpte, sıvı tüpün dışındaki sıvının 6 mm üzerine çıkarsa, temas açısını hesaplayın.

veri:

Yüzey gerilimi = 0,4 Newton / m

Tüp çapı (d) = 3 mm = 0,003 m

Kılcal yükseklik (h) = 6 mm = 0,006 m

Denklem:

Yüzey gerilimi nedeniyle kılcal yükseklik verilir

h = 4scos (q) / (rgd), burada q temas açısıdır.

Matematiksel hesaplamalar:

cos (q) = hrgd / (4s) = 0,006 × 1000 × 9,812 × 0,003 / (4 × 0,4) = 0,11

Yani temas açısı q = 83,7 derece

Örnek 4, 1 cm uzunluğunda ve 0.1 Newton ağırlığında küçük bir metal parçanız var. Yüzey gerilimini bulun.

Cevap – şekillere baktığımızda, F’nin 0.1 N’ye eşit olduğunu ve d’nin 1 cm’ye eşit olduğunu görüyoruz. Yukarıdaki formülü uygulayarak yüzey gerilimini bulabiliriz:

γ = F / د

γ = 0.1 Newton / 1 cm

0.1 n / 0.01

M = 10 Newton / m.

Bu nedenle yüzey gerilimi 10 N / m’dir. [2]

Yüzey gerilimi olgusunun yorumlanması

Yüzey gerilimi, moleküller arası kuvvetlerden dolayı bir sıvının yüzey alanını arttırmak için gereken enerji veya iştir, çünkü bu moleküller arası kuvvetler sıvının yapısına (örneğin suya karşı benzine) veya sıvıda çözünmüş maddelere (deterjanlar gibi yüzey aktif maddeler) bağlı olarak değişir, Her çözelti farklı yüzey gerilimi özellikleri sergilediğinden, örneğin bir bardağı çok su doldurduğunuzda, kaptaki su seviyesinin kabın yüksekliğinden daha yüksek olduğunu fark edebilirsiniz. Yüzey gerilimi.

Gazların yüzey gerilimi tanımına göre, “yüzey gerilimi, sıvının kütlesi tarafından yüzey katmanındaki parçacıkların çekilmesinden kaynaklanan bir sıvının yüzey katmanının gerilimidir, bu da yüzey alanının azalmasına neden olur”

Yüzey gerilimi olgusu, bir sıvının yüzeyi, aynı zamanda bir sıvı da olabilen başka bir faz ile temas halinde olduğunda meydana gelir Sıvılar, mümkün olan en az yüzey alanına sahip olma eğilimindedir. Sıvı yüzey esnek bir tabaka gibi davranır.

Yüzey gerilimi, yalnızca belirli sıvı içindeki parçacıklar arasındaki çekim kuvvetlerine değil, aynı zamanda dokundukları katı, sıvı veya gaz malzemelerin çekici kuvvetlerine de bağlıdır, yüzey gerilimi olgusundan sorumlu olan enerji, birim alandaki parçacıkların yüzey katmanını çıkarmak için gereken iş veya enerjiye kabaca eşdeğer kabul edilebilir. .

Örneğin, su kabarcıklarının ve su birikintilerinin şekli ve eğriliği ve su yüzeyinde yüzen iğnenin fenomeni, iğne sudan daha yoğun olmasına rağmen, ancak yüzer çünkü yüzey gerilimi, sıvının yüzeyinin bir dış kuvvete direnmesine izin veren büzülme eğilimidir, bu özellik parçacıkların kohezyonundan kaynaklanır Benzer ve birçok akışkan davranıştan sorumludur.

Küçük böcekler olan su çekiciler, ağırlıkları suyun yüzeyine nüfuz etmek için çok daha az olduğu için su üzerinde yürüyebilirler, bunun gibi doğada bulunan birçok yüzey gerilimi örneği vardır, yüzey gerilimi genellikle denes / cm olarak ölçülür, deniste kuvvet 1 cm’lik bir filmi kırmak için gereklidir. Aşağıda, çeşitli sıvıların yüzey geriliminde bulunur: