Αναρωτηθήκατε ποτέ πώς τα έντομα μπορούν να περπατήσουν στο νερό;

11/05/2022

Δεν είναι επειδή είναι ελαφρύτερα ή λιγότερο πυκνά από το νερό, η απάντηση είναι… επιφανειακή τάση!

Τι είναι η επιφανειακή τάση

Είναι αυτό που προκαλεί το σχηματισμό φυσαλίδων, είναι ο τρόπος με τον οποίο το νερό μπορεί να σέρνεται στις πλευρές ενός τριχοειδούς σωλήνα και είναι αυτό που επιτρέπει σε έντομα, όπως ο υδατοδρομέας, να περπατούν κατά μήκος της επιφάνειας μιας λίμνης χωρίς να τη σπάσουν. 

Η επιφανειακή τάση είναι η ενέργεια που απαιτείται για την αύξηση της επιφάνειας ενός υγρού, και επομένως αυτό που προκαλεί ένα υγρό να θέλει να έχει όσο το δυνατόν μικρότερη επιφάνεια. Με άλλα λόγια, είναι η ικανότητα μιας επιφάνειας να αντιστέκεται σε εξωτερική δύναμη λόγω των μοριακών δυνάμεων που λειτουργούν μέσα στο υγρό. Αυτές οι δυνάμεις περιλαμβάνουν δεσμούς υδρογόνου (ισχυρές διαμοριακές αλληλεπιδράσεις) και δυνάμεις διασποράς (ασθενείς διαμοριακές αλληλεπιδράσεις).

Εκτός από τη δύναμη της επιφανειακής τάσης, οι δρομείς νερού έχουν επίσης χιλιάδες μικροσκοπικές τρίχες στα πόδια τους για να παγιδεύουν τον αέρα και να αυξάνουν την αντίσταση στο νερό.
Εκτός από τη δύναμη της επιφανειακής τάσης, οι δρομείς νερού έχουν επίσης χιλιάδες μικροσκοπικές τρίχες στα πόδια τους για να παγιδεύουν τον αέρα και να αυξάνουν την αντίσταση στο νερό.

Παραξενιές του νερού

Μεταξύ των πολλών άλλων μοναδικών ιδιοτήτων του, η χημική δομή του νερού του δίνει α πολύ υψηλότερη επιφανειακή τάση από άλλα υγρά—περίπου 72 mN/m. Το μόνο υγρό με μεγαλύτερη επιφανειακή τάση είναι ο υδράργυρος, στα 500 mN/m. Εξαιτίας αυτού, το νερό είναι το πιο κοινό παράδειγμα που χρησιμοποιείται κατά την επίδειξη επιφανειακής τάσης και μπορούμε να το δούμε σε δράση όπου κι αν πάμε.

Το νερό αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου σε μια τετραεδρική δομή, και αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει στα μόρια του νερού να σχηματίζουν ηλεκτροστατικούς δεσμούς - που ονομάζονται δεσμοί υδρογόνου - μεταξύ γειτονικών μορίων.

Οι επιφάνειες περιγράφονται συχνά είτε ως υδρόφιλες (που αγαπούν το νερό) είτε ως υδρόφοβες (που μισούν το νερό), και αυτό καθορίζεται από την ικανότητα της επιφάνειας να συνδέεται με μόρια νερού και όχι από το νερό που απλώς δεσμεύεται με τον εαυτό του. Αυτή η ικανότητα επιφανειακών δεσμών συχνά καθορίζεται από τη μοριακή πολικότητα και το κατά πόσον υπάρχουν θέσεις για δεσμούς υδρογόνου. Στη χημεία, «το όμοιο έλκει όμοιο», έτσι ένα πολικό μόριο όπως το νερό θα έλκεται περισσότερο από μια πολική επιφάνεια παρά μια επιφάνεια χωρίς καθαρό φορτίο.

Φύλλα λωτού

Όταν κοιτάτε το νερό που τρέχει από τα φύλλα ενός λουλουδιού λωτού, θα δείτε ότι το φύλλο δεν βραχεί πραγματικά. Το νερό τρέχει αμέσως χωρίς ίχνος. Το φαινόμενο του λωτού είναι μια ειδική περίπτωση υπερυδροφοβίας, και αυτό προκαλείται από δύο παράγοντες.

Το φαινόμενο του λωτού έχει επηρεάσει την ανάπτυξη της βιομίμησης άλλων επιφανειών ώστε να είναι υπερυδρόφοβες, αυτοκαθαριζόμενες και μη κολλητικές, όπως το PTFE—η επίστρωση στα μαγειρικά σκεύη από τεφλόν.
Το φαινόμενο του λωτού έχει επηρεάσει την ανάπτυξη της βιομίμησης άλλων επιφανειών ώστε να είναι υπερυδρόφοβες, αυτοκαθαριζόμενες και μη κολλητικές, όπως το PTFE—η επίστρωση στα μαγειρικά σκεύη από τεφλόν.

Πρώτον, τα φύλλα του λωτού καλύπτονται από πετσάκια που εκκρίνουν μια κηρώδη ουσία σε όλη την επιφάνεια του φύλλου. Τα κεριά και τα έλαια είναι υδρόφοβα και έτσι τα σταγονίδια νερού θα προσκολληθούν πιο εύκολα σε άλλα σταγονίδια νερού παρά στην επιφάνεια του φύλλου.

Δεύτερον, η επιφάνεια ενός φύλλου λωτού μπορεί να φαίνεται αρκετά λεία, αλλά στην πραγματικότητα είναι εξαιρετικά τραχιά σε μικροσκοπικό επίπεδο. Καλύπτεται από πολλά μικροσκοπικά σημεία της επιφάνειας των φύλλων, σχηματίζοντας φράκταλ ιεραρχίες επιφάνειας και κενά στα οποία μπορεί να παγιδευτεί ο αέρας. Αυτό αυξάνει την αντίσταση μεταξύ της σταγόνας νερού και της επιφάνειας των φύλλων, με αποτέλεσμα το νερό απλά να κυλά. 

Επιφανειακή τάση θραύσης

Η ενέργεια μιας επιφάνειας μπορεί να μειωθεί για να την αφήσει να σπάσει πιο εύκολα. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση επιφανειοδραστικών, συντομογραφία σερφάρετεάσσος ενεργούνIve ageων. 

Τα πιο κοινά οικιακά επιφανειοδραστικά είναι τα απορρυπαντικά σε προϊόντα καθαρισμού και οι γαλακτωματοποιητές σε τρόφιμα και καλλυντικά.
Τα πιο κοινά οικιακά επιφανειοδραστικά είναι τα απορρυπαντικά σε προϊόντα καθαρισμού και οι γαλακτωματοποιητές σε τρόφιμα και καλλυντικά.

Τα επιφανειοδραστικά είναι μόρια με υδρόφιλη κεφαλή και υδρόφοβη ουρά. Τα μόρια μπορούν να ευθυγραμμιστούν κατά μήκος μιας διεπαφής νερού και άλλου ρευστού (όπως λάδι ή αέρας) και αυτό μειώνει την ενέργεια κατά μήκος της επιφάνειας. 

Μπορείτε να το οραματιστείτε σαν ένα επιπλέον στρώμα που επικαλύπτει τα μόρια του νερού και τα διαχωρίζει από τη διεπαφή και το ένα από το άλλο. Αυτό εξαπλώνει τα μόρια του νερού σε αραιά ποσότητα και προκαλεί το σχηματισμό φυσαλίδων. 

Στα απορρυπαντικά, αυτές οι μικροσκοπικές φυσαλίδες μπορούν στη συνέχεια να εισχωρήσουν σε αυλακώσεις και πόρους για να καθαρίσουν τη βρωμιά και τα βακτήρια. Στα γαλακτώματα, οι φυσαλίδες μπορούν να διασκορπιστούν σε ένα άλλο υγρό, όπως σωματίδια νερού που αιωρούνται σε λάδι για να παραχθεί μαργαρίνη. Τα γαλακτωματοποιητικά επιφανειοδραστικά είναι σε θέση να αλλάξουν τη συνοχή των δύο φάσεων σε κάτι ομοιογενές και να εξασφαλίσουν ότι είναι πολύ πιο δύσκολο να διαχωριστούν.

Chemwatch είναι εδώ για να σας βοηθήσει

Θέλετε να μάθετε περισσότερα για τις περίεργες χημικές ιδιότητες; Είσαι στο σωστό μέρος. Είμαστε εδώ για να σας βοηθήσουμε με όλα τα προβλήματα χημικής ιδιοκτησίας σας, συμπεριλαμβανομένης της ασφάλειας και της αποθήκευσης, της διαχείρισης SDS, της Χαρτογράφησης θερμότητας, της Εκτίμησης Κινδύνων και οτιδήποτε ενδιάμεσα. Επικοινωνήστε μαζί μας σήμερα στο sales @chemwatch. Καθαρά

Πηγές:

Γρήγορη διερεύνηση