Het is niet omdat ze lichter of minder dicht zijn dan water, het antwoord is... oppervlaktespanning!
Het is wat ervoor zorgt dat er bellen worden gevormd, het is hoe water langs de zijkanten van een capillaire buis kan kruipen, en het is wat insecten zoals de schaatsenrijder in staat stelt langs het oppervlak van een vijver te lopen zonder het te breken.
Oppervlaktespanning is de energie die nodig is om het oppervlak van een vloeistof te vergroten, en dus wat ervoor zorgt dat een vloeistof een zo klein mogelijk oppervlak wil hebben. Met andere woorden, het is het vermogen van een oppervlak om externe krachten te weerstaan vanwege de moleculaire krachten die in de vloeistof aan het werk zijn. Deze krachten omvatten waterstofbinding (sterke intermoleculaire interacties) en dispersiekrachten (zwakke intermoleculaire interacties).
Naast de vele andere unieke eigenschappen, geeft de chemische structuur van water het een veel hogere oppervlaktespanning dan andere vloeistoffen - ongeveer 72 mN/m. De enige vloeistof met een hogere oppervlaktespanning is kwik, bij 500 mN/m. Daarom is water het meest gebruikte voorbeeld bij het aantonen van oppervlaktespanning, en we kunnen het overal in actie zien.
Water bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom in een tetraëdrische structuur, en door deze configuratie kunnen watermoleculen elektrostatische bindingen vormen - waterstofbruggen genoemd - tussen naburige moleculen.
Oppervlakken worden vaak beschreven als hydrofiel (waterminnend) of hydrofoob (waterafstotend), en dit wordt bepaald door het vermogen van het oppervlak om zich te binden met watermoleculen in plaats van dat het water zich eenvoudig aan zichzelf bindt. Dit vermogen tot oppervlaktebinding wordt vaak bepaald door moleculaire polariteit en of er plaatsen zijn waar waterstofbinding kan plaatsvinden. In de scheikunde, 'gelijk trekt gelijke aan', dus een polair molecuul zoals water zal meer aangetrokken worden door een polair oppervlak dan een oppervlak zonder netto lading.
Als je kijkt naar water dat van de bladeren van een lotusbloem loopt, zie je dat het blad niet echt nat wordt. Het water loopt gewoon weg zonder een spoor achter te laten. Het lotuseffect is een speciaal geval van superhydrofobiciteit, en dit wordt veroorzaakt door twee factoren.
Ten eerste zijn lotusbladeren bedekt met nagelriemen die een wasachtige substantie over het bladoppervlak afscheiden. Wassen en oliën zijn hydrofoob en daarom hechten waterdruppels gemakkelijker aan andere waterdruppels dan aan het bladoppervlak.
Ten tweede kan het oppervlak van een lotusblad er glad genoeg uitzien, maar op microscopisch niveau is het in werkelijkheid extreem ruw. Het is bedekt met vele kleine puntjes van het bladoppervlak en vormt fractale hiërarchieën van het oppervlak en openingen waarin lucht kan worden opgesloten. Hierdoor wordt de weerstand tussen de waterdruppel en het bladoppervlak vergroot, waardoor het water er gewoon afrolt.
De energie van een oppervlak kan worden verlaagd om het gemakkelijker te laten breken. Dit wordt bereikt met behulp van oppervlakteactieve stoffen, een afkorting voor surfenaas handelenive ageNTS.
Oppervlakteactieve stoffen zijn moleculen met een hydrofiele kop en een hydrofobe staart. De moleculen kunnen zich uitlijnen langs een grensvlak van water en een andere vloeistof (zoals olie of lucht) en dit verlaagt de energie langs het oppervlak.
Je kunt dit visualiseren als een extra laag die de watermoleculen bedekt en scheidt van het grensvlak en van elkaar. Hierdoor worden de watermoleculen dun uitgespreid en ontstaan er bellen.
In wasmiddelen kunnen deze kleine belletjes vervolgens in groeven en poriën terechtkomen om vuil en bacteriën te verwijderen. In emulsies kunnen de bellen door een andere vloeistof worden gedispergeerd, zoals waterdeeltjes die in olie zijn gesuspendeerd om margarine te maken. Emulgerende oppervlakteactieve stoffen zijn in staat om de consistentie van de twee fasen te veranderen in iets homogeens en ervoor te zorgen dat ze veel moeilijker te scheiden zijn.
Meer weten over rare chemische eigenschappen? U bent op de juiste plaats. We zijn hier om u te helpen met al uw problemen met chemische eigenschappen, inclusief veiligheid en opslag, SDS-beheer, Heat Mapping, Risicobeoordeling en alles daartussenin. Neem vandaag nog contact met ons op sa***@ch*******.net.
Bronnen:
