Pernah bertanya-tanya bagaimana serangga bisa berjalan di atas air?

11/05/2022

Bukan karena mereka lebih ringan atau kurang padat daripada air, jawabannya adalah… tegangan permukaan!

Apa itu tegangan permukaan

Hal inilah yang menyebabkan terbentuknya gelembung-gelembung, bagaimana air dapat merangkak naik ke sisi-sisi pipa kapiler, dan itulah yang memungkinkan serangga seperti water strider berjalan di sepanjang permukaan kolam tanpa merusaknya. 

Tegangan permukaan adalah energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan luas permukaan cairan, dan dengan demikian apa yang menyebabkan cairan ingin memiliki luas permukaan sekecil mungkin. Dengan kata lain, ini adalah kemampuan permukaan untuk menahan gaya luar karena gaya molekuler yang bekerja di dalam cairan. Gaya-gaya ini termasuk ikatan hidrogen (interaksi antarmolekul yang kuat) dan gaya dispersi (interaksi antarmolekul yang lemah).

Selain kekuatan tegangan permukaan, water strider juga memiliki ribuan bulu kecil di kaki mereka untuk menjebak udara dan meningkatkan daya tahan air.
Selain kekuatan tegangan permukaan, water strider juga memiliki ribuan bulu kecil di kaki mereka untuk menjebak udara dan meningkatkan daya tahan air.

Keanehan air

Di antara banyak sifat unik lainnya, struktur kimia air memberikannya a banyak tegangan permukaan yang lebih tinggi daripada cairan lain—sekitar 72mN/m. Satu-satunya cairan dengan tegangan permukaan yang lebih tinggi adalah merkuri, pada 500mN/m. Karena itu, air adalah contoh paling umum yang digunakan saat menunjukkan tegangan permukaan, dan kita dapat melihatnya beraksi ke mana pun kita pergi.

Air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen dalam struktur tetrahedral, dan konfigurasi ini memungkinkan molekul air membentuk ikatan elektrostatik—disebut ikatan hidrogen—antara molekul tetangga.

Permukaan sering digambarkan sebagai hidrofilik (suka air) atau hidrofobik (tidak suka air), dan ini ditentukan oleh kemampuan permukaan untuk mengikat molekul air daripada air yang hanya mengikat dirinya sendiri. Kemampuan ikatan permukaan ini sering ditentukan oleh polaritas molekul, dan apakah ada tempat untuk terjadinya ikatan hidrogen. Dalam kimia, 'suka menarik suka', jadi molekul polar seperti air akan lebih tertarik ke permukaan kutub daripada permukaan tanpa muatan bersih.

Daun teratai

Ketika Anda melihat air yang mengalir dari daun bunga teratai, Anda akan melihat bahwa daunnya tidak benar-benar basah. Airnya mengalir begitu saja tanpa bekas. Efek lotus adalah kasus khusus superhidrofobisitas, dan ini disebabkan oleh dua faktor.

Efek lotus telah mempengaruhi perkembangan biomimicking permukaan lain menjadi ultrahydrophobic, self-cleaning, dan non-sticking, seperti PTFE—lapisan pada peralatan masak Teflon.
Efek lotus telah mempengaruhi perkembangan biomimicking permukaan lain menjadi ultrahydrophobic, self-cleaning, dan non-sticking, seperti PTFE—lapisan pada peralatan masak Teflon.

Pertama, daun teratai ditutupi kutikula yang mengeluarkan zat lilin di permukaan daun. Lilin dan minyak bersifat hidrofobik sehingga tetesan air akan lebih mudah menempel pada tetesan air lain daripada ke permukaan daun.

Kedua, permukaan daun teratai mungkin terlihat cukup halus, tetapi sebenarnya sangat kasar pada tingkat mikroskopis. Ini tertutup banyak titik kecil dari permukaan daun, membentuk hierarki fraktal permukaan, dan celah di mana udara dapat terperangkap. Hal ini meningkatkan resistensi antara tetesan air dan permukaan daun, menyebabkan air menggelinding begitu saja. 

Tegangan permukaan putus

Energi suatu permukaan dapat diturunkan agar lebih mudah pecah. Hal ini dicapai dengan menggunakan surfaktan, kependekan dari berselancarkartu as bertindakive ageNTS. 

Surfaktan rumah tangga yang paling umum adalah deterjen dalam produk pembersih dan pengemulsi dalam makanan dan kosmetik.
Surfaktan rumah tangga yang paling umum adalah deterjen dalam produk pembersih dan pengemulsi dalam makanan dan kosmetik.

Surfaktan adalah molekul dengan kepala hidrofilik dan ekor hidrofobik. Molekul dapat menyelaraskan diri di sepanjang antarmuka air dan cairan lain (seperti minyak atau udara) dan ini menurunkan energi di sepanjang permukaan. 

Anda dapat memvisualisasikan ini seperti lapisan tambahan yang melapisi molekul air dan memisahkannya dari antarmuka dan satu sama lain. Ini menyebarkan molekul air keluar tipis dan menyebabkan gelembung terbentuk. 

Dalam deterjen, gelembung-gelembung kecil ini kemudian bisa masuk ke dalam alur dan pori-pori untuk membersihkan kotoran dan bakteri. Dalam emulsi, gelembung dapat didispersikan ke seluruh cairan lain, seperti partikel air yang tersuspensi dalam minyak untuk membuat margarin. Surfaktan pengemulsi mampu mengubah konsistensi dua fase menjadi sesuatu yang homogen dan memastikan lebih sulit untuk memisahkannya.

Chemwatch ada di sini untuk membantu

Ingin tahu lebih banyak tentang sifat kimia yang aneh? Anda berada di tempat yang tepat. Kami di sini untuk membantu Anda dengan semua masalah properti kimia Anda, termasuk keamanan dan penyimpanan, manajemen SDS, Pemetaan Panas, Penilaian Risiko, dan segala sesuatu di antaranya. Hubungi kami hari ini di sales @chemwatchBersih.

sumber:

Pertanyaan Cepat