Det er ikke fordi de er lettere eller mindre tætte end vand, svaret er... overfladespænding!
Det er det, der får bobler til at dannes, det er hvordan vandet kan kravle op ad siderne af et kapillarrør, og det er det, der tillader insekter som vandstrideren at gå langs overfladen af en dam uden at bryde den.
Overfladespænding er den energi, der kræves for at øge overfladearealet af en væske, og dermed det, der gør, at en væske ønsker at have så lille et overfladeareal som muligt. Med andre ord er det en overflades evne til at modstå ydre kraft på grund af de molekylære kræfter, der arbejder i væsken. Disse kræfter omfatter hydrogenbinding (stærke intermolekylære interaktioner) og dispersionskræfter (svage intermolekylære interaktioner).
Blandt dets mange andre unikke egenskaber giver vandets kemiske struktur en meget højere overfladespænding end andre væsker - omkring 72 mN/m. Den eneste væske med en højere overfladespænding er kviksølv, ved 500mN/m. På grund af dette er vand det mest almindelige eksempel, der bruges til at demonstrere overfladespænding, og vi kan se det i aktion overalt, hvor vi går.
Vand består af to brintatomer og et oxygenatom i en tetraedrisk struktur, og denne konfiguration tillader vandmolekyler at danne elektrostatiske bindinger - kaldet hydrogenbindinger - mellem nabomolekyler.
Overflader beskrives ofte som enten hydrofile (vandelskende) eller hydrofobe (vandhadende), og dette bestemmes af overfladens evne til at binde sig til vandmolekyler frem for at vandet blot binder sig til sig selv. Denne overfladebindingsevne bestemmes ofte af molekylær polaritet, og om der er steder, hvor hydrogenbinding kan finde sted. I kemi, 'like tiltrækker ligesom', så et polært molekyle som vand vil være mere tiltrukket af en polær overflade end en overflade uden nettoladning.
Når du ser på vand, der løber af bladene på en lotusblomst, vil du se, at bladet ikke rigtig bliver vådt. Vandet løber bare sporløst af sted. Lotuseffekten er et særligt tilfælde af superhydrofobicitet, og dette skyldes to faktorer.
For det første er lotusblade dækket af neglebånd, som udskiller et voksagtigt stof hen over bladoverfladen. Voks og olier er hydrofobe, og derfor vil vanddråber lettere klæbe til andre vanddråber end til bladoverfladen.
For det andet kan overfladen af et lotusblad se glat nok ud, men den er faktisk ekstremt ru på et mikroskopisk niveau. Det er dækket af mange bittesmå punkter af bladoverfladen, der danner fraktale hierarkier af overfladen og huller, hvori luft kan blive fanget. Dette øger modstanden mellem vanddråben og bladoverfladen, hvilket får vandet til simpelthen at rulle af.
En overflades energi kan sænkes for at lade den lettere bryde. Dette opnås ved at bruge overfladeaktive stoffer, en forkortelse for surfeAce handleive ageNTS.
Overfladeaktive stoffer er molekyler med et hydrofilt hoved og en hydrofob hale. Molekylerne kan justere sig langs en grænseflade af vand og en anden væske (som olie eller luft), og dette sænker energien langs overfladen.
Du kan visualisere dette som et ekstra lag, der dækker vandmolekylerne og adskiller dem fra grænsefladen og fra hinanden. Dette spreder vandmolekyler tyndt ud og får bobler til at dannes.
I rengøringsmidler kan disse små bobler derefter komme ind i riller og porer for at rense snavs og bakterier væk. I emulsioner kan boblerne spredes gennem en anden væske, såsom vandpartikler suspenderet i olie til fremstilling af margarine. Emulgerende overfladeaktive stoffer er i stand til at ændre konsistensen af de to faser til noget homogent og sikre, at det er meget sværere for dem at adskille.
Vil du vide mere om mærkelige kemiske egenskaber? Du er på det rigtige sted. Vi er her for at hjælpe dig med alle dine kemiske ejendomsproblemer, herunder sikkerhed og opbevaring, SDS-styring, varmekortlægning, risikovurdering og alt derimellem. Kontakt os i dag på sa***@ch*******.net.
kilder:
