表面張力の原因は何ですか？

自然界の最小の力が劇的な結果に責任を負うことがあります。表面張力はそのような例の1つです。分子引力によって引き起こされる液体のこの特徴は、雨滴の形と泡の形成の原因であり、衣服を洗う方法に影響を与えます。すべての液体はこの自然な特徴を示しますが、水は異常に高度な表面張力を持っています。

1. 一般的な表面張力

   • すべての液体は、ある程度表面張力を示します。張力は分子凝集によって生成されます。この凝集は、分子が互いに引き付けられるようになります。液体の表面の下では、分子はまとまりのある力によってすべての方向に等しく引っ張られます。ただし、表面では、液体の分子は横方向と下方向にのみ引っ張られます。分子間の横方向の引力は、表面張力を作成します。

   水の表面張力

   • 分子間の自然な引力に加えて、水分子は表面張力に影響を与える別のタイプの力を示します。各水分子は、2つの水素原子と1つの酸素原子で構成されています。水素原子は分子間の弱い水素結合を形成します。これらの結合は高エネルギーであり、ほとんどの液体よりも水の表面張力が高くなります。

   表面張力の結果

   • 表面張力により、液体の表面が薄い弾性膜のように振る舞います。分子間のまとまりのある力を超えるまで表面は伸びます。これは、伸びたトイレットペーパーに吊り下げられた大理石に似ています。これは、昆虫が水の上を歩く方法です。それらは、水の表面張力を破るために必要なよりも少ない下向きの力を発揮します。また、表面の張力により、液体の滴が球形に形成され、可能な限り最小の表面積を表します。

   表面張力の測定

   • 液体の表面張力は、長さの単位あたりの力単位で測定されます。通常、Dynesパーセントセンチメートルが使用されます。この尺度は、液体の表面張力を破るために必要な力を表しています。水の表面張力は72.8王朝/cmで、エタノールの表面張力はわずか22.1王朝/cmです。

   温度と添加物の影響

   • 液体の温度が上昇すると、表面張力が減少します。これは、分子活性が増加すると分子間の凝集力が減少するためです。これが、お湯が冷たい水よりも衣服をきれいにする理由です。お湯の表面の低い温度により、水を布と汚れに吸収しやすくすることができます。石鹸などの添加物は、水素結合の強度を低下させることにより、水の表面張力をさらに低減します。

   表面張力の使用

   • 表面張力が高い液体は、エアロゾルに簡単に変換されます。これは、産業用および健康アプリケーションにとって重要です。表面張力は、業界で物質的な形を作成するためにも使用されます。たとえば、鉛の高い表面張力により、丸いペレットに簡単に形作ることができます。