Det är inte för att de är lättare eller mindre täta än vatten, svaret är... ytspänning!
Det är det som får bubblor att bildas, det är hur vatten kan krypa upp på sidorna av ett kapillärrör, och det är det som gör att insekter som vattenstridaren kan gå längs ytan av en damm utan att bryta den.
Ytspänning är den energi som krävs för att öka ytan på en vätska, och därmed det som gör att en vätska vill ha så liten yta som möjligt. Med andra ord, det är en ytas förmåga att motstå yttre krafter på grund av de molekylära krafterna som verkar i vätskan. Dessa krafter inkluderar vätebindning (starka intermolekylära interaktioner) och dispersionskrafter (svaga intermolekylära interaktioner).
Bland dess många andra unika egenskaper ger vattnets kemiska struktur en mycket högre ytspänning än andra vätskor – cirka 72 mN/m. Den enda vätskan med högre ytspänning är kvicksilver, vid 500mN/m. På grund av detta är vatten det vanligaste exemplet som används för att demonstrera ytspänning, och vi kan se det i aktion vart vi än går.
Vatten består av två väteatomer och en syreatom i en tetraedrisk struktur, och denna konfiguration tillåter vattenmolekyler att bilda elektrostatiska bindningar – så kallade vätebindningar – mellan angränsande molekyler.
Ytor beskrivs ofta som antingen hydrofila (vattenälskande) eller hydrofoba (vattenhatande), och detta bestäms av ytans förmåga att binda till vattenmolekyler snarare än att vattnet helt enkelt binder till sig självt. Denna ytbindningsförmåga bestäms ofta av molekylär polaritet och om det finns platser för vätebindning att äga rum. Inom kemi, "liknande attraherar lika", så en polär molekyl som vatten kommer att attraheras mer av en polär yta än en yta utan nettoladdning.
När du tittar på vatten som rinner av löven på en lotusblomma, ser du att bladet inte riktigt blir blött. Vattnet rinner bara av spårlöst. Lotuseffekten är ett specialfall av superhydrofobicitet, och detta orsakas av två faktorer.
För det första är lotusblad täckta av nagelband som utsöndrar en vaxartad substans över bladytan. Vax och oljor är hydrofoba och därför fäster vattendroppar lättare på andra vattendroppar än på bladytan.
För det andra kan ytan på ett lotusblad se tillräckligt jämn ut, men den är faktiskt extremt grov på mikroskopisk nivå. Den är täckt av många små punkter på bladytan, bildar fraktala hierarkier av ytan och luckor där luft kan fångas. Detta ökar motståndet mellan vattendroppen och bladytan, vilket gör att vattnet helt enkelt rullar av.
Energin på en yta kan sänkas för att den lättare ska gå sönder. Detta uppnås med användning av ytaktiva ämnen, förkortning för surfaess handlaive agents.
Ytaktiva ämnen är molekyler med ett hydrofilt huvud och en hydrofob svans. Molekylerna kan anpassa sig längs ett gränssnitt av vatten och en annan vätska (som olja eller luft) och detta sänker energin längs ytan.
Du kan visualisera detta som ett extra lager som täcker vattenmolekylerna och separerar dem från gränssnittet och från varandra. Detta sprider vattenmolekyler ut tunt och gör att bubblor bildas.
I tvättmedel kan dessa små bubblor sedan komma in i spår och porer för att rensa bort smuts och bakterier. I emulsioner kan bubblorna dispergeras genom en annan vätska, såsom vattenpartiklar suspenderade i olja för att göra margarin. Emulgerande ytaktiva ämnen kan ändra konsistensen av de två faserna till något homogent och se till att det är mycket svårare för dem att separera.
Vill du veta mer om konstiga kemiska egenskaper? Du är på rätt plats. Vi är här för att hjälpa dig med alla dina problem med kemiska egenskaper, inklusive säkerhet och lagring, SDS-hantering, värmekartläggning, riskbedömning och allt däremellan. Kontakta oss idag på sa***@ch*******.net.
Källor:
