توتر سطحي

عودة للموسوعة

توتر سطحي

ميكانيكا الاستمرارية
الحفاظ على الكتلة
الحفاظ على العزم
معادلات ناڤييه–ستوكس
     

التوتر السطحي هوذلك التأثير الذي يجعل الطبقة السطحيّة لأي سائل تتصرف كورقة مرنة. ذلك التأثير الذي يسمح للحشرات بالسير على الماء ، والأمور المعدنية الصغيرة كالإبر، أوأجزاء ورق القصدير من الطفوعلى الماء ، وهوالمسبب أيضا للخاصيّة الشعريّة. وهناك التوتر القابلي هواسم لنفس التأثير عندما يحدث بين سائلين.

من منا لم يسأل نفسه لما قطرة الماء تظل معلقة في صنبور الماء لبعض الوقت ? ولما تميل السوائل لجعل سطوحها شبه كروية ? , أيضاً لم تكون بعض الحشرات قادرة حتى تمشي على سطح الماء? , وكيف من الممكن أن بإمكاننا جعل إبرة فولاذية جافة قادرة حتى تطفوعلى سطح الماء إذا وضعت بعناية ?.

إن سبب هذه الظواهر هوالظاهرة السطحية للسوائل التي تعهد باسم التوتر السطحي

تربط بين جزيئات المادة المتجانسة قوى تسمى قوى الجذب الجزيئية ( قوى التماسك ) تعمل على تماسك جزيئات هذه المادة بعضها ببعض , إذا قيمة هذه القوى في السوائل تكون أقل مما عليه في الأجسام الصلبة وهذا ما يفسر تغير شكل السائل بتغير الإناء الموجود فيه , بالإضافة على تلك القوى يوجد قوى تؤثر بين جزيئات السائل وجزيئات الأوساط الأخرى التي تلامسها سواء أكانت حالة تلك الأوساط صلبة أوسائلة أوغازية تدعى هذه القوى ب ( قوى التلاصق ) .

الآن واعتمادا على ما تجاوز يفترض أن نوضح الفرق بين محصلة قوى الجذب الجزيئية لجزيئات السائل في أوضاعها المتنوعة سواء عند السطح أوداخل السائل . الشكل (1)

بالنسبة للجزيئات الواقعة في داخل السائل أي على بعد عدة أقطار جزيئية إلى الأسفل من سطحه , فإن جميع جزيء مثل ( A ) يفترض أن يتأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل الأخرى من جميع الجهات وبنفس القدر تقريباً مما يعني حتى جزيء مثل ( A ) سيكون متأثر بمجموعة متزنة من القوى محصلتها معدومة . أما بالنسبة لجزيئات السائل عند السطح فإن جميع جزيء مثل ( B ) يفترض أنقد يكون متأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل من الجهة السفلى ومتأثر بقوى التلاصق مع جزيئات الهواء من الجهة العليا وحيث حتى كثافة السوائل أكبر بكثير من كثافة الغازات لذلك فإن محصلة هذه القوى تكون في اتجاه قوى التماسك .

أي حتى جميع جزيء عند السطحقد يكون متأثراً بقوى جذب إلى الداخل ( مما يقلل من فرصة شغله مسقط سطحي ) تؤدي إلى تقلص سطح السائل ليشغل أصغر مساحة ممكنة له. وهذا يفسر الشكل الشبه الكروي لفطرات السائل وقد يكون عندئذ سطحها أصغرياً بالنسبة لحجم معين .

وبالتالي عدد الجزيئات الموجودة على السطح أقل من جزيئات السائل , ولذلك فإن البعد المتوسط بين الجزيئات على السطح أكبر قليلاً من البعد المتوسط داخل السائل وهذا يؤدي وسطياً إلى وجود قوى تجاذبية بين جزيئات السطح وهذا يفسر وجود التوتر السطحي.

من ناحية أخرى : يلاحظ حتى للجزيئات الموجودة على سطح السائل طاقة كامنة أكبر من الطاقة الكامنة للجزيئات الموجودة وسط السائل وهذا يعود إلى أنه عندما نريد جلب جزيء من السائل إلى السطح يجب كسر عدد من روابطه أي يجب بذل عمل للقيام بذلك وهذا العمل يتحول إلى طاقة كامنة داخل الجزيء. ولكن هذا يخالف الميل الطبيعي للأجسام لتقليل طاقتها , ويتحقق ذلك في السوائل من خلال ميلها الطبيعي لتقليل مساحة سطحها إلى أقل قدر ممكن حيث يبرهن رياضياً حتى ذلك يتحقق عندماقد يكون شكل السطح كروياً .

والآن لنعهد التوتر السطحي ( γ ) لسائل : القوة المؤثرة في وحدة الطول في سطح بزاوية قائمة على أحد جانبي خط مرسوم في السطح . في الشكل المرسوم جانباً (2) يمثل [ AB ] خطاً مرسوماً طوله ( 1 m ) على سطح سائل يقاس التوتر السطحي (γ ) بوحدة ( N/m ).


سبب التوتر السطحي

جزيئات السائل التي في داخل السائل تتعرض لقوى متساوية في جميع الاتجاهات، بينما الجزيئات التي على سطح السائل تتعرض لقوى تجذبها نحوعمق السائل الأمر الذي يجعل جزيئات السطح تتصرف وكأنها غشاء مشدود

يحدث التوتر السطحي بسبب التجاذب بين جزيئات السائل بواسطة التغير في قوى الجزيئات الداخليّة. في معظم السائل جميع جزيء يسحب بالتساوي في جميع الإتجاهات بواسطة جزيئات السائل المجاورة ، ومحصّلة هذه القوى صفر. عند سطح السائل تسحب الجزيئات بواسطة الجزيئات الأخرى الأعمق في السائل ولكن ليست الجاذبية كجاذبية الجزيئات المجاورة لها في الوسط من حيث الشدّة (تكون كضغط هواء أوسائل آخر). لذلك جميع الجزيئات عند السطح تكون عرضة لقوى داخليّة من التجاذب الجزيئي الذي من الممكن حتىقد يكون متَّزن فقط مع مقاومة السائل للضغط. ولذلك يغير السائل شكله حتى يشغل أقل مساحة سطح ممكنة.

وبعبارة أخرى يمكن تفسير هذه الظاهرة وهي أنّ طاقة الجزيء المتّصل مع جاره أقل من طاقة الجزيء الغير متّصل مع جاره. وكل الجزيئات الدّاخليّة تمتلك ما يجب امتلاكه من الجيران. ولكن جيران جزيئات السطح أقل عدداً من جيران الجزيئات الداخليّة ، ولذا هي في حالة طاقة عالية. ولكي يقلل السائل من حالة طاقته لا بد حتى يقلل عدد جزيئات سطحه ، ولذا يقلل من مساحة سطحه.


التوتر السطحي في الحياة اليومية

خرزة ماء على ورقة
قطرات الماء تأخذ أشكالاً شبه كروية

بعض الأمثلة للتوتر السطحي المشاهد في المياه العاديّة:


تقدم ظاهرة الشد السطحي تفسيراً لكثير من الظواهر الشائعة في حياتنا. عملى سبيل المثال تأخذ قطرات السوائل أشكال شبه كروية بسبب ظاهرة الشد السطحي، وذلك لأن الكرة هي الشكل الهندسي ذومساحة السطح الأقل. كما حتى تباين مدى قوة قوى تماسك جزيئات السائل وقوى الالتصاق بالمادة المحيطة بالسائل يفسر لنا لماذاقد يبلل سائل معين بعض المواد في حين أنه لا يبلل مواد أخرى. عملى سبيل المثال فإن الماء لا ينتشر على الأسطح النايلونية أوالأسطح المغطاة بالشمع وذلك لأن قوى تماسك جزيئات الماء مع بعضها البعض أكبر من قوى التصاق الماء بالسطح المشمع، وبالتالي تتجمع قطرات الماء فوق ذلك السطح على شكل قطرات يمكن حتى تسقط بسهولة دون حتى تبلل السطح. وقد تم استغلال هذه الملاحظات في صناعة معاطف المطر والمظلات.

وتقدم ظاهرة التوتر السطحي تفسيراً لإمكانية عمل فقاعات الصابون بينما لا يمكن القيام بعمل فقاعات باستخدام الماء النقي وحده، وذلك لأن الماء النقي لديه قوى توتر سطحي كبيرة، ولكن بإضافة منشطات السطوح (كالصابون) إليه تقل تلك القوى بأكثر من عشر أضعاف، وبذلك يصبح من الممكن عمل فقاعات ذات سطوح كبيرة بكتلة قليلة من السائل.

كما حتى إضافة الصابون إلى الماء تجعله منظفاً ممتازاً عبر تقليل توتره السطحي وبالتالي تجعله قادراً على تبليل والإحاطة بالأوساخ لتسهل إزالتها. ويمكنك التحقق من ذلك باستخدام بعض الصابون حتى تتمكن من مزج الماء بالزيت مثلاً. حيث يعمل الصابون في هذه الحالة على تقليل التوتر السطحي متيحاً إمكانية عمل قطرات ضئيلة الحجم من الزيت داخل مقدار من الماء أوالعكس. بينما لولم يكن الصابون موجوداً لما امتزج السائلان وذلك لأن قوى التوتر السطحي لدى جميع من السائلين أكبر من قوى تماسك أحدهما مع الآخر. جميع هذه الأمور تظهر الأهمية البالغة لظاهرة الشد أوالتوتر السطحي.

ومن الملاحظات الأخرى التي تفسرها ظاهرة التوتر السطحي هوتكوين بعض السوائل لسطح محدب أوسطح مقعر عند وضعها في وعاء أنبوبي. وذلك يعود لتباين قوة التوتر السطحي وقوة التصاق جزيئات السائل بالوعاء المحيط. التوتر السطحي Surface Tension

من منا لم يسأل نفسه لما قطرة الماء تظل معلقة في صنبور الماء لبعض الوقت ? ولما تميل السوائل لجعل سطوحها شبه كروية ? , أيضاً لم تكون بعض الحشرات قادرة حتى تمشي على سطح الماء? , وكيف من الممكن أن بإمكاننا جعل إبرة فولاذية جافة قادرة حتى تطفوعلى سطح الماء إذا وضعت بعناية ?.

إن سبب هذه الظواهر هوالظاهرة السطحية للسوائل التي تعهد باسم التوتر السطحي

تربط بين جزيئات المادة المتجانسة قوى تسمى قوى الجذب الجزيئية ( قوى التماسك ) تعمل على تماسك جزيئات هذه المادة بعضها ببعض , إذا قيمة هذه القوى في السوائل تكون أقل مما عليه في الأجسام الصلبة وهذا ما يفسر تغير شكل السائل بتغير الإناء الموجود فيه , بالإضافة على تلك القوى يوجد قوى تؤثر بين جزيئات السائل وجزيئات الأوساط الأخرى التي تلامسها سواء أكانت حالة تلك الأوساط صلبة أوسائلة أوغازية تدعى هذه القوى ب ( قوى التلاصق ) .

الآن واعتمادا على ما تجاوز يفترض أن نوضح الفرق بين محصلة قوى الجذب الجزيئية لجزيئات السائل في أوضاعها المتنوعة سواء عند السطح أوداخل السائل . الشكل (1)

(الشكل 1)

بالنسبة للجزيئات الواقعة في داخل السائل أي على بعد عدة أقطار جزيئية إلى الأسفل من سطحه , فإن جميع جزيء مثل ( A ) يفترض أن يتأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل الأخرى من جميع الجهات وبنفس القدر تقريباً مما يعني حتى جزيء مثل ( A ) سيكون متأثر بمجموعة متزنة من القوى محصلتها معدومة . أما بالنسبة لجزيئات السائل عند السطح فإن جميع جزيء مثل ( B ) يفترض أنقد يكون متأثر بقوى تماسك مع جزيئات السائل من الجهة السفلى ومتأثر بقوى التلاصق مع جزيئات الهواء من الجهة العليا وحيث حتى كثافة السوائل أكبر بكثير من كثافة الغازات لذلك فإن محصلة هذه القوى تكون في اتجاه قوى التماسك .

أي حتى جميع جزيء عند السطحقد يكون متأثراً بقوى جذب إلى الداخل ( مما يقلل من فرصة شغله مسقط سطحي ) تؤدي إلى تقلص سطح السائل ليشغل أصغر مساحة ممكنة له. وهذا يفسر الشكل الشبه الكروي لفطرات السائل وقد يكون عندئذ سطحها أصغرياً بالنسبة لحجم معين .

وبالتالي عدد الجزيئات الموجودة على السطح أقل من جزيئات السائل , ولذلك فإن البعد المتوسط بين الجزيئات على السطح أكبر قليلاً من البعد المتوسط داخل السائل وهذا يؤدي وسطياً إلى وجود قوى تجاذبية بين جزيئات السطح وهذا يفسر وجود التوتر السطحي.

من ناحية أخرى : يلاحظ حتى للجزيئات الموجودة على سطح السائل طاقة كامنة أكبر من الطاقة الكامنة للجزيئات الموجودة وسط السائل وهذا يعود إلى أنه عندما نريد جلب جزيء من السائل إلى السطح يجب كسر عدد من روابطه أي يجب بذل عمل للقيام بذلك وهذا العمل يتحول إلى طاقة كامنة داخل الجزيء. ولكن هذا يخالف الميل الطبيعي للأجسام لتقليل طاقتها , ويتحقق ذلك في السوائل من خلال ميلها الطبيعي لتقليل مساحة سطحها إلى أقل قدر ممكن حيث يبرهن رياضياً حتى ذلك يتحقق عندماقد يكون شكل السطح كروياً .

التعريف الفيزيائي للتوتر السطحي

صورة تبين مبتر رأسي لإبرة عائمة فوق سطح سائل. من الرسم نرى القوى المؤثرة على الإبرة حيث توجد القوة fw والتي تضغط على سطح السائل وهي تمثل وزن الإبرة، في حين حتى القوى fs تمثل قوى التوتر السطحي على كلا الجانبين. قوى التوتر السطحي fs توازي سطح السائل عند نقطة تلامسه مع الإبرة. المركبة الأفقية للقوتين fs في اتجاهين متعاكسين وبالتالي تلغي أحدهما الأخرى، في حين حتى محصلة المركبة الرأسية للقوتين تساوي وزن الإبرة fw وتضاده في الاتجاه، وبذلك تستقر الإبرة على سطح السائل

يرمز للتوتر السطحي بالرمز σ, γ أوT، ويعرّف بأنه القوة المؤثرة عموديّا على طول خط عمل وحدة القوى عندما تكون هذه القوة موازية للسطح. ويقاس التوتر السطحي بوحدات نيوتن لكل متر(N·m-1) ، أوداين لكل سنتيميتر. وبالنسبة للديناميكا الحرارية يعهد التوتر السطحي على انه الشغل المبذول لوحدة المساحات.

الشد السطحي أوالتوتر السطحي كما ذكرنا هوخاصية لسطح السائل إذ يعمل كغشاء مشدود تقف عليه الحشرات وتطفوعليه الإبرة أوالشفرة الفلزية أوحتى بترة نقدية مع حتى كثافتها أكبر من كثافة السائل.

يعتمد التوتر السطحي على عاملين:

  1. نوع السائل: أي أنه الحشرة لا تقف على أي سائل. حيث حتى هناك ذات توتر سطحي أعلى من سوائل أخرى.
  2. درجة الحرارة: إذا كان السائل في درجة غليانه فذلك سيؤدي إلى انعدام قوةالتوتر السطحي. وبشكل عام حدثا ارتفعت درجة حرارة السائل قل الشد السطحي للسائل.
حشرة طافية على سطح سائل
بترة نقدية طافية فوق سطح الماء، وكون كثافة معدن البترة النقدية أكبر من كثافة السائل فإنه لايمكننا تفسير طفوالبترة النقدية إلا بوجود ظاهرة التوتر السطحي

تنشأ خاصية التوتر السطحي لسائل ما بسبب وجود قوة تماسك بين جزيئاته، ويعمل سطح السائل وكأنه غشاء مشدود. أي حتى عندما نضع شفرة برفق على ماء في إناء، فإن جزيئات الماء يفترض أن تتماسك وكأنها غشاء مشدود يحمل الشفرة. حتى ولوكانت كثافة الشفرة أكبر من كثافة الماء.

ويمكن فهم سبب حدوث ظاهرة الشد السطحي إذا لاحظنا حتى أي جزيء داخل السائل يتعرض لقوى متساوية من قبل الجزيئات الحيطة به وفي جميع الاتجاهات. ولكن على النقيض من ذلك فإن جزيئات السائل التي تقع على السطح تتعرض لقوى جذب (تعهد بقوة التماسك) فقط في اتجاه السائل، (انظر الشكل الأول).

التوتر السطحي وقوى الالتصاق


طرق قياس التوتر السطحي

يقاس التوتر السطحي باستخدام الانابيب الشعرية capillary tubes وبقياس ازدياد السائل(h) داخل الانبوية الشعرية ونصف قطر الانبوية (r)وباستخدام العلاقة الرياضية: حيث t التوتر السطحي للسائل المستخدم وd كثافة السائل وg التعجيل الارضي وh ازدياد السائل داخل الانبوبة الشعرية وr نصف قطر الانبوبة الشعرية.

التوتر السطحي والديناميكا الحرارية

قيم التوتر السطحي

قيم التوتر السطحي لبعض السوائل
قابلة التلامس درجة الحرارة γ in (mN·m–1)
ماء-هواء 20º C 72.86±0.05
ماء-هواء 21.5º C 72.75
ماء-هواء 25º C 71.99±0.05
ميثيلين أيوديد - هواء 20º C 67.00
ميثيلين أيوديد - هواء 21.5º C 63.11
إثيلين جليكول - هواء 25º C 47.3
إثيلين جليكول - هواء 40º C 46.3
ديميثيل سولفكسيد - هواء 20º C 43.54
بروبلين كربونات - هواء 20º C 41.1
بنزين - هواء 20º C 28.88
بنزين - هواء 30º C 27.56
طلوين - هواء 20º C 28.52
كلوروفورم - هواء 25º C 26.67
حمض بربيوني - هواء 20º C 26.69
حمض الزبدة - هواء 20º C 26.51
كربون ثلاثي الكلورايد - هواء 25º C 26.43
حمض الأستيك - هواء 20º C 25.09
ديثيلين جليكول - هواء 20º C 30.09
نونان - هواء 20º C 22.85
ميثانول - هواء 20º C 22.50
إيثانول - هواء 20º C 22.39
إيثانول - هواء 30º C 21.55
أوكتان - هواء 20º C 21.62
هبتان - هواء 20º C 20.14
إيثر - هواء 25º C 20.14
الزئبق - هواء 20º C 486.5
زئبق - هواء 25º C 485.5
الزئبق - هواء 30º C 484.5
NaCl - هواء 1073º C 115
KClO3 - هواء 20º C 81
ماء- 1-Butanol 20º C 1.8
ماء- أسيتات الإيثيل 20º C 6.8
ماء - حمض الهبتانويك 20º C 7.0
ماء - بنزالدهايد 20º C 15.5
ماء- الزئبق 20º C 415
إيثانول- الزئبق 20º C 389

الجدول يبين قيم التوتر السطحي لسوائل معينة عند تلامسها مع سطوح أخرى. القيم في الجدول مقاسة بوحدة ملي نيوتن لكل متر، وهذه الوحدة تساوي وحدة داين لكل سنتيميتر


التأثيرات

سائل في أنبوب رأسي

مخطط لبارومتر زئبقي


رسم توضيحي للارتفاع والانخفاض الشعري. الأحمر=زاوية الاتصال أقل من 90°؛ الأزرق=زاوية الاتصال أكبر من 90°
Surface tension prevents this flower from sinking

لوحتى أنبوباً كان ضيقاً بما فيه الكفايةوالتصاق السائل بجدرانه قوي بما فيه الكفاية، فإن الشد السطحي يمكن حتى يجذب السائل لأعلى في الأنبوب في ظاهرة تعهد بإسم الظاهرة الشعرية. والارتفاع الذي يصعده العمود يـُحسَب من المعادلة التالية:

حيث

  • هوازدياد السائل،
  • هوالشد السطحي بين السائل والهواء،
  • هوكثافة السائل،
  • هونصف قطر الأنبوب الشعري،
  • هي عجلة الجاذبية،
  • هي زاوية الاتصال المشروحة آنفاً. فإذا كانت أكبر من 90°، كما هوالحال مع الزئبق في حاوي زجاجي، فإن السائل سينخفض بدلاً من حتى يرتفع.

وإذا وضعت قطرة من مائع على مستوٍ أفقي فإن القطرة تأخذ على الأغلب هيئة سطح دوراني. فإذا فرض حتى القطرة كبيرة كبراً كافياً ليكون لها سطح علوي أفقي، وإذا كان هـ ازدياد القطرة عن المستوي الأفقي، فإن:

الإبرة الطافية

تخضع الإبرة الطافية على سطح الماء إلى ثقلها وإلى ضغط المائع وإلى التوتر السطحي عند منحني التقاء السطح الحر للمائع مع الإبرة. ولكن ثقل الإبرة قوة تتجه نحوالأسفل، وضغط الماء قوة متجهة نحوالأعلى وهي أقل من وزن الإبرة. ولولا قوة التوتر السطحي لاتجهت الإبرة نحوأسفل الوعاء. غير حتى محصلة قوى التوتر السطحي تضاف إلى ضغط الماء وهذا ما يجعل الإبرة تطفوعلى سطح الماء.

Puddles on a surface

Profile curve of the edge of a puddle where the contact angle is 180°. The curve is given by the formula : where
Small puddles of water on a smooth clean surface have perceptible thickness.

where

is the depth of the puddle in centimeters or meters.
is the surface tension of the liquid in dynes per centimeter or newtons per meter.
is the acceleration due to gravity and is equal to 980 cm/s2 or 9.8 m/s2
is the density of the liquid in grams per cubic centimeter or kilograms per cubic meter
Illustration of how lower contact angle leads to reduction of puddle depth

In reality, the thicknesses of the puddles will be slightly less than what is predicted by the above formula because very few surfaces have a contact angle of 180° with any liquid. When the contact angle is less than 180°, the thickness is given by:

For mercury on glass, , , and , which gives . For water on paraffin at 25 °C, , , and which gives .

The formula also predicts that when the contact angle is 0°, the liquid will spread out into a micro-thin layer over the surface. Such a surface is said to be fully wettable by the liquid.

The break up of streams into drops

Intermediate stage of a jet breaking into drops. Radii of curvature in the axial direction are shown. Equation for the radius of the stream is , where is the radius of the unperturbed stream, is the amplitude of the perturbation, is distance along the axis of the stream, and is the wave number

Thermodynamics

As stated above, the mechanical work needed to increase a surface is

where is Gibbs free energy and is the area.

Thermodynamics requires that all spontaneous changes of state are accompanied by a decrease in Gibbs free energy.


Kelvin's Equation for surfaces arises by rearranging the previous equations. It states that surface enthalpy or surface energy (different from surface free energy) depends both on surface tension and its derivative with temperature at constant pressure by the relationship.

ثرموديناميكا فقاعة الصابون

وإذا ما استخدم دستور لابلاس في حالة الأغشية المائعية، كما هوالحال في غشاء محلول الصابون بالماء الذي نحصل عليه بوضع سلك مغلق في هذا المحلول ثم سحبه ببطء من المحلول فإنه ينتج أن

تسمى السطوح التي تحقق هذه المعادلة سطوحاً أصغرية. وينتج من هذا حتى شكل فقاعة الصابون هوشكل سطح كروي.


حيث هي الفرق في الضغط بين داخل وخارج الفقاعة، و هوالشد السطحي. وفي حالة الاتزان، , وبذلك،

.

فلفقاعة كروية، فإن الحجم والمساحة السطحية يـُحسبا ببساطة بالمعادلة

,

and

.

Substituting these relations into the previous expression, we find

,

which is equivalent to the Young-Laplace equation when Rx = Ry. For real soap bubbles, the pressure is doubled due to the presence of two interfaces, one inside and one outside.

تأثير درجة الحرارة

Temperature dependence of the surface tension of pure water
Temperature dependency of the surface tension of benzene


There are only empirical equations to relate surface tension and temperature:

  • Eötvös:

Here V is the molar volume of that substance, TC is the critical temperature and k is a constant valid for almost all substances. A typical value is k = 2.1 x 10−7 [J K−1 mol-2/3]. For water one can further use V = 18 ml/mol and TC = 374°C.

A variant on Eötvös is described by Ramay and Shields:

where the temperature offset ofستة kelvins provides the formula with a better fit to reality at lower temperatures.

  • Guggenheim-Katayama:

Both Guggenheim-Katayama and Eötvös take into account the fact that surface tension reaches 0 at the critical temperature, whereas Ramay and Shields fails to match reality at this endpoint.

تأثير هجريز المحلول

Solutes can have different effects on surface tension depending on their structure:

  • Little or no effect, for example sugar
  • Increase surface tension, inorganic salts
  • Decrease surface tension progressively, alcohols
  • Decrease surface tension and, once a minimum is reached, no more effect: surfactants

تأثير حجم القطرة على ضغط البخار

Molecules on the surface of a tiny droplet (left) have, on average, fewer neighbors than those on a flat surface (right). Hence they are bound more weakly to the droplet than are flat-surface molecules.
  • is the standard vapor pressure for that liquid at that temperature and pressure.
  • is the molar volume.

is the Kelvin radius, the radius of the droplets.

The effect explains supersaturation of vapors. In the absence of nucleation sites, tiny droplets must form before they can evolve into larger droplets. This requires a vapor pressure many times the vapor pressure at the phase transition point.

P/P0 for water drops of different radii at STP
Droplet radius (nm) 1000 100 10 1
P/P0 1.001 1.011 1.114 2.95

The effect becomes clear for very small drop sizes, as a drop of 1 nm radius has about 100 molecules inside, which is a quantity small enough to require a quantum mechanics analysis.

Data table

Surface tension of various liquids in dyn/cm against air
Mixture %'s are by mass
dyne/cm is also called mN/m (milli-Newton per meter) in S.I. units
Liquid Temperature °C Surface tension, γ
Acetic acid 20 27.6
Acetic acid (40.1%) + Water 30 40.68
Acetic acid (10.0%) + Water 30 54.56
Acetone 20 23.7
Diethyl ether 20 17.0
Ethanol 20 22.27
Ethanol (40%) + Water 25 29.63
Ethanol (11.1%) + Water 25 46.03
Glycerol 20 63
-Hexane 20 18.4
Hydrochloric acid 17.7M aqueous solution 20 65.95
Isopropanol 20 21.7
Mercury 15 487
Methanol 20 22.6
-Octane 20 21.8
Sodium chloride 6.0M aqueous solution 20 82.55
Sucrose (55%) + water 20 76.45
Water 0 75.64
Water 25 71.97
Water 50 67.91
Water 100 58.85

انظر أيضاً

  • Anti-fog
  • Capillary wave—short waves on a water surface, governed by surface tension and inertia
  • Cheerio effect—the tendency for small wettable floating objects to attract one another.
  • Cohesion
  • Dimensionless numbers
    • Bond number
    • Capillary number
    • Marangoni number
    • Weber number
  • Dortmund Data Bank—contains experimental temperature-dependent surface tensions.
  • Electrodipping force
  • Electrowetting
  • Eötvös rule—a rule for predicting surface tension dependent on temperature.
  • Fluid pipe
  • Hydrostatic Equilibrium—the effect of gravity pulling matter into a round shape.
  • Meniscus—surface curvature formed by a liquid in a container.
  • Mercury beating heart—a consequence of inhomogeneous surface tension.
  • Microfluidics
  • Sessile drop technique
  • Specific surface energy—same as surface tension in isotropic materials.
  • Spinning Drop Method
  • Stalagmometric method
  • Surface tension values
  • Surfactants—substances which reduce surface tension.
  • Tears of wine—the surface tension induced phenomenon seen on the sides of glasses containing alcoholic beverages.
  • Tolman length—leading term in correcting the surface tension for curved surfaces.
  • Wetting and dewetting

Gallery of effects

الهوامش


المصادر

  1. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة s_z
  2. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة cwp
  3. ^ Adam, Neil Kensington (1941). The Physics and Chemistry of Surfaces, 3rd ed. Oxford University Press.
  4. ^ "Surface Tension by the Ring Method (Du Nouy Method)" (pdf). PHYWE. Retrieved 2007-09-08.
  5. ^ "Physical Properties Sources Index: Eötvös Constant". Retrieved 2008-11-16.
  6. ^ خطأ استشهاد: وسم <ref> غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة moore
  7. ^ Lange's Handbook of Chemistry, 10th ed. pp 1661–1665

وصلات خارجية

  • On surface tension and interesting real-world cases
  • MIT Lecture Notes on Surface Tension
  • Surface Tensions of Various Liquids
  • Calculation of temperature-dependent surface tensions for some common components
  • Surface Tension Calculator For Aqueous Solutions Containing the Ions H+, NH4+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, SO42-, NO3-, Cl-, CO32-, Br- and OH-.
  • The Bubble Wall (Audio slideshow from the National High Magnetic Field Laboratory explaining cohesion, surface tension and hydrogen bonds)
تاريخ النشر: 2020-06-04 13:30:54
التصنيفات: صفحات بأخطاء في المراجع, ميكانيكا الاستمرارية, ميكانيكا الموائع, كيمياء السطوح, مفاهيم الفيزياء الأساسية

مقالات أخرى من الموسوعة

سحابة الكلمات المفتاحية، مما يبحث عنه الزوار في كشاف:

آخر الأخبار حول العالم

الآن رابط نماذج الوزارة للصف الرابع الابتدائي 2022 دراسات

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:20:59
مستوى الصحة: 45% الأهمية: 56%

أوقع 60 قتيلا.. قصف روسي مروع لمدرسة في شرق أوكرانيا

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:11
مستوى الصحة: 54% الأهمية: 53%

الفلبين تنتخب رئيسا جديدا و«ماركوس الابن» الأوفر حظا

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:10
مستوى الصحة: 54% الأهمية: 56%

شاهد.. مشاجرة دامية بين بريطانيين على متن طائرة متوجهة إلى هولندا

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:14
مستوى الصحة: 58% الأهمية: 69%

ميلان يرد على إنتر ويستعيد صدارة الدوري الإيطالي منه

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:12
مستوى الصحة: 46% الأهمية: 54%

الآن رابط الاستعلام عن فاتورة الهاتف الأرضي لشهر أبريل

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:21:01
مستوى الصحة: 50% الأهمية: 57%

النظام الجزائري يجدد تهديداته لإسبانيا بقطع إمدادات الغاز

المصدر: الأيام 24 - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:17:46
مستوى الصحة: 61% الأهمية: 71%

الشرطة الألمانية تأمر بسحب علم أوكراني ضخم.. وكييف تندد بـ"خطأ"

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:14
مستوى الصحة: 46% الأهمية: 59%

نماذج 2 إعدادي| حل نماذج امتحانات الهندسة للصف الثانى الإعدادي

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:20:58
مستوى الصحة: 55% الأهمية: 67%

جدول امتحان الشهادة الثانوية الأزهرية 2022

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:21:01
مستوى الصحة: 57% الأهمية: 51%

أتليتيكو يقترب من التأهل لدوري الأبطال بالفوز على ريال مدريد

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:12
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 51%

عالم يدعي حل لغز مثلث برمودا بنظرية "لاشيء خارق للطبيعة"

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:15
مستوى الصحة: 54% الأهمية: 53%

البرهان يؤكد للسيسى: تضامن ومساندة السودان لمصر فى مكافحة الإرهاب

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:21:00
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 59%

فرنسا تدين بشدة هجوم سيناء الإرهابى

المصدر: صوت الأمة - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:20:45
مستوى الصحة: 58% الأهمية: 65%

القدر ينقذ 14 شخصا من الموت في تصادم ميكروباص بنقل على طريق قنا

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:20:58
مستوى الصحة: 60% الأهمية: 54%

رئيس وزراء اليونان يصل إلى البلاد

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:13
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 67%

قيس سعيد يعزى السيسى ويؤكد وقوف تونس بجانب مصر فى مكافحة الإرهاب

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:21:01
مستوى الصحة: 52% الأهمية: 50%

مقتل فلسطينيين اثنين وطعن شرطي إسرائيلي

المصدر: الإمارات اليوم - الإمارات التصنيف: مجتمع
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:18:11
مستوى الصحة: 56% الأهمية: 65%

كيروش يُنافس بواش على تدريب أسود الأطلس

المصدر: الأيام 24 - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2022-05-09 00:17:47
مستوى الصحة: 61% الأهمية: 75%

تحميل تطبيق المنصة العربية