Природа сил поверхностного натяжения Жидкое состояние вещества характеризуется значительно меньшим расстоянием между молекулами, чем в газе, более значительными силамипритяжения между молекулами и весьма значительными силамиотталкивания, проявляющимися при объемном сжатии.

Поверхностное натяжение имеет двойнойфизический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). ...Коэффициент пропорциональности — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр.

 12) Роль поверхностного натяжения в протекание биологических процессов; факторы, влияющие на изменение поверхностного натяжения.

Силы поверхностного натяжения играют существенную роль в явлениях природы, биологии, медицине, в различных современных технологиях, полиграфии, технике, в физиологии нашего организма. Без этих сил мы не могли бы писать чернилами. Обычная ручка не зачерпнула бы чернил из чернильницы, а автоматическая сразу же поставила бы большую кляксу, опорожнив весь свой резервуар. Нельзя было бы намылить руки: пена не образовалась бы. Нарушился бы водный режим почвы, что оказалось бы гибельным для растений. Пострадали бы важные функции нашего организма. Проявления сил поверхностного натяжения столь многообразны, что даже перечислить их все нет возможности.

В медицине измеряют динамическое и равновесное поверхностное натяжение сыворотки венозной крови, по которым можно диагностировать заболевание и вести контроль над проводимым лечением. Установлено, что вода с низким поверхностным натяжением биологически более доступна. Она легче вступает в молекулярные взаимодействия, тогда клеткам не надо будет тратить энергию на преодоление поверхностного натяжения.

 Температура-С увеличением температуры поверхностное натяжение всегда уменьшается.

Природа фазы-Т.к. σ связано с работой, расходуемой на разрыв межмолекулярных связей, то оно ими и обусловлено.

Чем сильнее межмолекулярные связи в данной фазе, тем больше его поверхностное натяжение на границе с газовой фазой.

Природа контактирующих фаз-Чем сильнее взаимодействие между контактирующими фазами, тем меньше поверхностное натяжение на границе раздела этих фаз.

Влияние добавок.

Способы измерения КПН.

1.Капиллярныйметод.
Метод основан на использовании соотношения

h = 2σ/(ρgR) = 2σcosθ/(ρgr),

где R = r/cosθ, θ − краевой угол, радиус капилляра − r, радиус кривизны мениска − R.
Основной недостаток этого метода − сложность определения величины краевого угла θ. Поэтому использовать этот метод удобно только в тех случаях, когда смачивание близко к идеальному и cosθ ≈ 1.

2. Метод Ребиндера (метод определения максимального давления в пузырьке).
В исследуемую жидкость 1, находящуюся в сосуде вертикально опускается капиллярная трубка 2, узкий конец которой диаметром не более 0,5 мм касается мениска исследуемой жидкости. Другим концом эта трубка сообщается с атмосферным воздухом, поэтому внутри капилляра поддерживается атмосферное давление ро. Давление р над исследуемой жидкостью постепенно уменьшают с помощью водяного насоса. Разность давлений (ро − р) стремиться выдуть пузырек воздуха из капилляра в жидкость, но этому противодействует добавочное давление Δр = 2σ/r,создаваемое силами поверхностного натяжения жидкости в образующемся пузырьке радиуса r и направленное к центру пузырька.
Наконец, при некоторой разности давлений (ро − р) из капиллярной трубки выдувается в жидкость воздушный пузырек. Разность давлений (ро − р), максимальная в этот момент, измеряется U-образным манометром и равна ρgh, где ρ − плотность жидкости в манометре, h − разность ее уровней.Таким образом, в момент выдувания пузырька имеет место равенство:
ρgh = 2σ/r. (1)Здесь неизвестен радиус r выдуваемого пузырька, измерить который крайне затруднительно. Поэтому прибегают к использованию эталонной жидкости, коэффициент поверхностного натяжения σo которой известен и близок к коэффициенту поверхностного натяжения σ исследуемой жидкости. При этом полагают, что радиусы пузырьков, выдуваемых из одного и того же капилляра в обоих случаях будут одинаковы.
Теперь вместо исследуемой жидкости в сосуд наливают эталонную жидкость и измеряют по манометру максимальную разность уровней ho, при которой пузырек воздуха выдувается в эталонной жидкости и выполняется равенство:
ρgho = 2σo/r. (2)Разделив уравнение (1) на (2) и решив относительно σ, получаем формулу для вычисления поверхностного натяжения исследуемой жидкости:
σ = σoh/ho.Рассмотренным методом можно определять поверхностное натяжение и на границе раздела двух не смешивающихся жидкостей. В этом случае узкий конец капиллярной трубки должен касаться поверхности раздела этих жидкостей, но при этом следует обязательно учитывать гидростатическое давление ρ1gН жидкости, расположенной сверху, толщина слоя которой равна Н, а плотность − ρ1.

3. Сталагмометрический метод (метод счета капель).
Как уже отмечалось, под действием поверхностного натяжения свободная поверхность капель жидкости стремится принять шарообразную форму, соответствующую наименьшей поверхностной энергии и наименьшей площади свободной поверхности. Их форма тем ближе к шаровой, чем меньше вес капель, поскольку для малых капель сила поверхностного натяжения превосходит силу тяжести.
Форма и размер капель, отрывающихся от конца капиллярной трубки, зависят не только от силы поверхностного натяжения, но и от диаметра трубки и плотности вытекающей жидкости. При вытекании жидкости из капиллярной трубки размер капли постепенно растет.
Перед отрывом капли образуется шейка, диаметр d которой несколько меньше диаметра d1 капиллярной трубки. По окружности шейки капли действуют силы поверхностного натяжения, удерживающие каплю. По мере увеличения размера капли растет сила тяжести mg, стремящаяся оторвать ее. В момент отрыва капли она равна результирующей силе поверхностного натяжения Fн = πdσ:
πdσ = mg.

Отсюда следует, что, измеряя массу m одной капли и зная диаметр d шейки капли, можно вычислить коэффициент поверхностного натяжения:
σ = mg/(πd).

Массу одной капли определяют взвешиванием на аналитических весах определенного отсчитанного количества капель (отсюда и название метода) и последующего вычисления средней массы одной капли.

4. Метод отрыва кольца.
На поверхность исследуемой жидкости помещают кольцо или рамку. Если жидкость смачивает кольцо, то силы поверхностного натяжения F1 и F2, действующие на его наружную и внутреннюю поверхности диаметрами D и d, направлены внутрь жидкости, как показано на рис.

и создают суммарную силу поверхностного натяжения, равную
Fп = σπ(D + d).

Чтобы оторвать кольцо от поверхности жидкости, надо приложить направленную вверх силу F, которая скомпенсирует силу тяжести mg кольца и силу поверхностного натяжения Fп:
F = Fп + mg.

Измерив с помощью динамометра или весов силу F отрыва кольца и зная его массу и размеры, из соотношений и получают выражение для коэффициента поверхностного натяжения жидкости:
σ = (F − mg)/(π(D + d)).