Дело не в том, что они легче или менее плотны, чем вода, дело в… поверхностном натяжении!
Это то, что вызывает образование пузырьков, это то, как вода может ползти по стенкам капиллярной трубки, и это то, что позволяет насекомым, таким как водомерка, ходить по поверхности пруда, не ломая ее.
Поверхностное натяжение — это энергия, необходимая для увеличения площади поверхности жидкости, и, следовательно, то, что заставляет жидкость стремиться иметь как можно меньшую площадь поверхности. Другими словами, это способность поверхности сопротивляться внешней силе за счет молекулярных сил, действующих внутри жидкости. Эти силы включают водородные связи (сильные межмолекулярные взаимодействия) и дисперсионные силы (слабые межмолекулярные взаимодействия).
Среди множества других уникальных свойств химическая структура воды придает ей особое значение. много более высокое поверхностное натяжение, чем у других жидкостей — около 72 мН/м. Единственная жидкость с более высоким поверхностным натяжением — это ртуть с 500 мН/м. Из-за этого вода является наиболее распространенным примером, используемым для демонстрации поверхностного натяжения, и мы можем видеть его в действии повсюду, куда бы мы ни пошли.
Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода в тетраэдрической структуре, и эта конфигурация позволяет молекулам воды образовывать электростатические связи, называемые водородными связями, между соседними молекулами.
Поверхности часто описываются как гидрофильные (любящие воду) или гидрофобные (ненавидящие воду), и это определяется способностью поверхности связываться с молекулами воды, а не просто связыванием воды с самой собой. Эта способность поверхностного связывания часто определяется молекулярной полярностью и наличием участков для образования водородных связей. В химии «подобное притягивает подобное», поэтому полярная молекула, такая как вода, будет больше притягиваться к полярной поверхности, чем к поверхности без чистого заряда.
Когда вы посмотрите на воду, стекающую с листьев цветка лотоса, вы увидите, что лист на самом деле не намокает. Вода просто стекает без следа. Эффект лотоса является частным случаем супергидрофобности и обусловлен двумя факторами.
Во-первых, листья лотоса покрыты кутикулой, которая выделяет восковое вещество на поверхности листа. Воски и масла гидрофобны, поэтому капли воды легче прилипают к другим каплям воды, чем к поверхности листа.
Во-вторых, поверхность листа лотоса может выглядеть достаточно гладкой, но на самом деле она чрезвычайно шероховатая на микроскопическом уровне. Он покрыт множеством крошечных точек поверхности листа, образуя фрактальные иерархии поверхности и промежутки, в которых может задерживаться воздух. Это увеличивает сопротивление между каплей воды и поверхностью листа, в результате чего вода просто скатывается.
Энергия поверхности может быть снижена, чтобы облегчить ее разрушение. Это достигается с помощью поверхностно-активных веществ, сокращенно заниматься серфингомас действоватьАйв ageНТС.
Поверхностно-активные вещества представляют собой молекулы с гидрофильной головкой и гидрофобным хвостом. Молекулы могут выстраиваться вдоль границы раздела воды и другой жидкости (например, нефти или воздуха), и это снижает энергию вдоль поверхности.
Вы можете представить это как дополнительный слой, покрывающий молекулы воды и отделяющий их от границы раздела и друг от друга. Это приводит к тонкому распределению молекул воды и образованию пузырьков.
В моющих средствах эти крошечные пузырьки могут затем проникать в бороздки и поры, очищая грязь и бактерии. В эмульсиях пузырьки могут быть диспергированы в другой жидкости, например, в частицах воды, взвешенных в масле, для получения маргарина. Эмульгирующие поверхностно-активные вещества способны изменить консистенцию двух фаз на нечто однородное и сделать их более трудными для разделения.
Хотите узнать больше о странных химических свойствах? Вы находитесь в правильном месте. Мы здесь, чтобы помочь вам со всеми вашими проблемами с химическими свойствами, включая безопасность и хранение, управление паспортами безопасности, тепловое картирование, оценку рисков и все, что между ними. Свяжитесь с нами сегодня по sa***@ch*********.net.
Источники:
