ليس لأنها أخف أو أقل كثافة من الماء ، الإجابة هي… التوتر السطحي!
إنه ما يتسبب في تكون الفقاعات ، وكيف يمكن للماء أن يزحف على جوانب الأنبوب الشعري ، وهو ما يسمح للحشرات مثل متزلج الماء بالسير على طول سطح البركة دون كسرها.
التوتر السطحي هو الطاقة المطلوبة لزيادة مساحة سطح السائل ، وبالتالي ما يجعل السائل يريد أن يكون مساحة سطحه صغيرة قدر الإمكان. بمعنى آخر ، إنها قدرة السطح على مقاومة القوة الخارجية بسبب القوى الجزيئية التي تعمل داخل السائل. تشمل هذه القوى الرابطة الهيدروجينية (تفاعلات قوية بين الجزيئات) وقوى التشتت (تفاعلات ضعيفة بين الجزيئات).
من بين العديد من الخصائص الفريدة الأخرى ، يمنحها التركيب الكيميائي للماء كثيرا توتر سطحي أعلى من السوائل الأخرى - حوالي 72mN / m. السائل الوحيد ذو التوتر السطحي العالي هو الزئبق ، عند 500mN / m. لهذا السبب ، الماء هو المثال الأكثر استخدامًا عند إظهار التوتر السطحي ، ويمكننا رؤيته أثناء العمل في كل مكان نذهب إليه.
يتكون الماء من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين في هيكل رباعي السطوح ، وهذا التكوين يسمح لجزيئات الماء بتكوين روابط كهروستاتيكية - تسمى روابط هيدروجينية - بين الجزيئات المجاورة.
غالبًا ما توصف الأسطح بأنها إما محبة للماء (محبة للماء) أو كارهة للماء (كارهة للماء) ، ويتم تحديد ذلك من خلال قدرة السطح على الارتباط بجزيئات الماء بدلاً من ربط الماء بنفسه. غالبًا ما يتم تحديد قدرة الترابط السطحي هذه عن طريق القطبية الجزيئية ، وما إذا كانت هناك مواقع لربط الهيدروجين. في الكيمياء ، "مثل يجذب مثل" ، لذلك فإن الجزيء القطبي مثل الماء سوف ينجذب إلى سطح قطبي أكثر من سطح بدون شحنة صافية.
عندما تنظر إلى الماء المتدفق من أوراق زهرة اللوتس ، سترى أن الورقة لا تبتل حقًا. يجري الماء مباشرة دون أن يترك أثرا. تأثير اللوتس هو حالة خاصة من فرط المقاومة للماء ، وهذا ناتج عن عاملين.
أولاً ، تُغطى أوراق اللوتس بقشرة تفرز مادة شمعية عبر سطح الورقة. الشموع والزيوت كارهة للماء ولذا فإن قطرات الماء ستلتصق بقطرات الماء الأخرى بسهولة أكبر من التصاقها بسطح الورقة.
ثانيًا ، قد يبدو سطح ورقة اللوتس أملسًا بدرجة كافية ، لكنه في الواقع خشن للغاية على المستوى المجهري. إنه مغطى بالعديد من النقاط الصغيرة على سطح الورقة ، مما يشكل تسلسلاً هرميًا كسوريًا للسطح ، وفجوات يمكن أن يُحبس فيها الهواء. يؤدي هذا إلى زيادة المقاومة بين قطرة الماء وسطح الورقة ، مما يتسبب في انزلاق الماء ببساطة.
يمكن خفض طاقة السطح للسماح له بالكسر بسهولة أكبر. يتم تحقيق ذلك باستخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي ، باختصار تصفحالآس عملإيف ageاليلة.
المواد الخافضة للتوتر السطحي هي جزيئات ذات رأس محب للماء وذيل كاره للماء. يمكن للجزيئات محاذاة نفسها على طول واجهة من الماء وسوائل أخرى (مثل الزيت أو الهواء) وهذا يقلل من الطاقة على طول السطح.
يمكنك تصور ذلك كطبقة إضافية تغطي جزيئات الماء وتفصلها عن الواجهة وعن بعضها البعض. يؤدي ذلك إلى انتشار جزيئات الماء بشكل رقيق ويتسبب في تكون الفقاعات.
في المنظفات ، يمكن أن تدخل هذه الفقاعات الصغيرة في الأخاديد والمسام لتنظيف الأوساخ والبكتيريا. في المستحلبات ، يمكن أن تنتشر الفقاعات عبر سائل آخر ، مثل جزيئات الماء العالقة في الزيت لصنع المارجرين. المواد الخافضة للتوتر السطحي المستحلب قادرة على تغيير اتساق المرحلتين إلى شيء متجانس والتأكد من صعوبة فصلهما.
هل تريد معرفة المزيد عن الخصائص الكيميائية الغريبة؟ أنت في المكان الصحيح. نحن هنا لمساعدتك في جميع مشكلات الممتلكات الكيميائية ، بما في ذلك السلامة والتخزين ، وإدارة SDS ، ورسم الخرائط الحرارية ، وتقييم المخاطر ، وكل شيء بينهما. اتصل بنا اليوم على مبيعات @chemwatchصافي.
مصادر:
