Pernah terfikir bagaimana serangga boleh berjalan di atas air?

11/05/2022

Ia bukan kerana ia lebih ringan atau kurang tumpat daripada air, jawapannya ialah… ketegangan permukaan!

Apakah ketegangan permukaan

Ialah yang menyebabkan buih-buih terbentuk, ia adalah bagaimana air boleh merangkak ke atas bahagian tepi tiub kapilari, dan itulah yang membolehkan serangga seperti penyepak air berjalan di sepanjang permukaan kolam tanpa memecahkannya. 

Ketegangan permukaan ialah tenaga yang diperlukan untuk meningkatkan luas permukaan cecair, dan dengan itu apa yang menyebabkan cecair ingin mempunyai kawasan permukaan sekecil mungkin. Dalam erti kata lain, ia adalah keupayaan permukaan untuk menahan daya luar disebabkan oleh daya molekul yang bekerja di dalam cecair. Daya ini termasuk ikatan hidrogen (interaksi antara molekul yang kuat) dan daya serakan (interaksi antara molekul yang lemah).

Sebagai tambahan kepada kuasa tegangan permukaan, water striders juga mempunyai beribu-ribu bulu kecil di kaki mereka untuk memerangkap udara dan meningkatkan rintangan air.
Sebagai tambahan kepada kuasa tegangan permukaan, water striders juga mempunyai beribu-ribu bulu kecil di kaki mereka untuk memerangkap udara dan meningkatkan rintangan air.

Keanehan air

Di antara banyak sifat uniknya yang lain, struktur kimia air memberikannya a banyak tegangan permukaan yang lebih tinggi daripada cecair lain—kira-kira 72mN/m. Satu-satunya cecair dengan tegangan permukaan yang lebih tinggi ialah merkuri, pada 500mN/m. Oleh sebab itu, air ialah contoh yang paling biasa digunakan apabila menunjukkan ketegangan permukaan, dan kita boleh melihatnya beraksi di mana-mana sahaja kita pergi.

Air terdiri daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen dalam struktur tetrahedral, dan konfigurasi ini membolehkan molekul air membentuk ikatan elektrostatik—dipanggil ikatan hidrogen—antara molekul bersebelahan.

Permukaan sering digambarkan sebagai sama ada hidrofilik (mencintai air) atau hidrofobik (membenci air), dan ini ditentukan oleh keupayaan permukaan untuk terikat dengan molekul air dan bukannya air hanya mengikat dirinya sendiri. Keupayaan ikatan permukaan ini selalunya ditentukan oleh kekutuban molekul, dan sama ada terdapat tapak untuk ikatan hidrogen berlaku. Dalam kimia, 'seperti menarik seperti', jadi molekul polar seperti air akan lebih tertarik ke permukaan kutub daripada permukaan tanpa cas bersih.

Daun teratai

Apabila anda melihat air mengalir dari daun bunga teratai, anda akan melihat bahawa daun itu tidak benar-benar basah. Air terus mengalir tanpa kesan. Kesan teratai adalah kes khas superhydrophobicity, dan ini disebabkan oleh dua faktor.

Kesan teratai telah mempengaruhi perkembangan biomimik permukaan lain menjadi ultrahidrofobik, pembersihan diri dan tidak melekat, seperti PTFE—salutan pada alat memasak Teflon.
Kesan teratai telah mempengaruhi perkembangan biomimik permukaan lain menjadi ultrahidrofobik, pembersihan diri dan tidak melekat, seperti PTFE—salutan pada alat memasak Teflon.

Pertama, daun teratai diliputi kutikula yang merembeskan bahan berlilin di seluruh permukaan daun. Lilin dan minyak adalah hidrofobik dan oleh itu titisan air akan lebih mudah melekat pada titisan air yang lain daripada pada permukaan daun.

Kedua, permukaan daun teratai mungkin kelihatan cukup licin, tetapi ia sebenarnya sangat kasar pada tahap mikroskopik. Ia diliputi dalam banyak titik kecil permukaan daun, membentuk hierarki fraktal permukaan, dan jurang di mana udara boleh terperangkap. Ini meningkatkan rintangan antara titisan air dan permukaan daun, menyebabkan air bergolek begitu sahaja. 

Memecahkan ketegangan permukaan

Tenaga sesuatu permukaan boleh diturunkan supaya ia lebih mudah pecah. Ini dicapai menggunakan surfaktan, singkatan dari melayariace bertindakive agents. 

Surfaktan isi rumah yang paling biasa ialah detergen dalam produk pembersih dan pengemulsi dalam makanan dan kosmetik.
Surfaktan isi rumah yang paling biasa ialah detergen dalam produk pembersih dan pengemulsi dalam makanan dan kosmetik.

Surfaktan ialah molekul dengan kepala hidrofilik dan ekor hidrofobik. Molekul boleh menyelaraskan diri mereka di sepanjang antara muka air dan cecair lain (seperti minyak atau udara) dan ini merendahkan tenaga di sepanjang permukaan. 

Anda boleh menggambarkan ini seperti lapisan tambahan yang menyalut molekul air dan memisahkannya daripada antara muka dan antara satu sama lain. Ini menyebarkan molekul air keluar secara nipis dan menyebabkan buih terbentuk. 

Dalam detergen, buih-buih kecil ini kemudiannya boleh masuk ke dalam alur dan liang untuk membersihkan kotoran dan bakteria. Dalam emulsi, buih boleh tersebar ke seluruh cecair lain, seperti zarah air yang terampai dalam minyak untuk membuat marjerin. Surfaktan pengemulsi mampu mengubah ketekalan dua fasa menjadi sesuatu yang homogen dan memastikan ia lebih sukar untuk diasingkan.

Chemwatch sedia membantu

Ingin mengetahui lebih lanjut tentang sifat kimia pelik? Anda berada di tempat yang betul. Kami di sini untuk membantu anda dengan semua masalah sifat kimia anda, termasuk keselamatan dan penyimpanan, pengurusan SDS, Pemetaan Haba, Penilaian Risiko dan segala-galanya di antaranya. Hubungi kami hari ini di sales @chemwatch. Bersih

Sumber:

Pertanyaan Cepat