KETEGANGAN PERMUKAAN: SEBAB, CONTOH, APLIKASI DAN EKSPERIMEN - KIMIA - 2026

The ketegangan permukaan adalah sebuah hartanah fizikal yang mempunyai semua cecair dan mempunyai ciri-ciri rintangan kepada permukaan mereka menentang sebarang peningkatan dalam kawasannya. Ini sama dengan mengatakan bahawa permukaan tersebut akan mencari kawasan sekecil mungkin. Fenomena ini menjalin beberapa konsep kimia, seperti kohesi, lekatan dan daya antara molekul.

Ketegangan permukaan bertanggungjawab untuk pembentukan kelengkungan permukaan cecair dalam bekas tiub (silinder bergraduat, tiang, tabung uji, dll.). Ini boleh berbentuk cekung (melengkung dalam bentuk lembah) atau cembung (melengkung dalam bentuk kubah). Banyak fenomena fizikal dapat dijelaskan dengan mempertimbangkan perubahan yang dialami oleh tegangan permukaan cecair.

Bentuk sfera yang titisan air mengambil daun disebabkan oleh tegangan permukaannya. Sumber: gambar yang diambil oleh pengguna flickr tanakawho

Salah satu fenomena ini adalah kecenderungan molekul cair untuk mengagregat dalam bentuk titisan, ketika mereka berada di permukaan yang menghalau mereka. Contohnya, titisan air yang kita lihat di atas daun, tidak dapat membasahkannya kerana permukaan hidrofobik yang lilin.

Namun, ada saatnya graviti memainkan peranannya dan penurunan itu tumpah seperti lajur air. Fenomena serupa berlaku pada titisan merkuri sfera ketika ditumpahkan dari termometer.

Sebaliknya, tegangan permukaan air adalah yang paling penting, kerana ia menyumbang dan mengatur keadaan badan mikroskopik dalam media berair, seperti sel dan membran lipidnya. Selain itu, ketegangan ini menyebabkan air menguap perlahan, dan beberapa badan lebih padat daripada yang boleh mengapung di permukaannya.

Punca ketegangan permukaan

Penjelasan untuk fenomena tegangan permukaan berada pada tahap molekul. Molekul-molekul cecair saling berinteraksi, sedemikian rupa sehingga mereka bersatu dalam pergerakan mereka yang tidak menentu. Molekul berinteraksi dengan jirannya di sebelahnya dan dengan molekul di atas atau di bawahnya.

Walau bagaimanapun, ini tidak berlaku sama dengan molekul di permukaan cecair, yang bersentuhan dengan udara (atau gas lain), atau dengan pepejal. Molekul di permukaan tidak dapat bersatu dengan molekul persekitaran luaran.

Akibatnya, mereka tidak mengalami kekuatan yang menariknya ke atas; hanya ke bawah, dari jirannya dalam medium cecair. Untuk mengatasi ketidakseimbangan ini, molekul-molekul di permukaan "diperas", kerana barulah mereka dapat mengatasi daya yang mendorongnya ke bawah.

Permukaan kemudian dibuat di mana molekul berada dalam susunan yang lebih tegang. Sekiranya zarah ingin menembusi cecair, ia mesti menyeberangi penghalang molekul ini sebanding dengan tegangan permukaan cecair tersebut. Perkara yang sama berlaku untuk zarah yang ingin melarikan diri ke persekitaran luaran dari kedalaman cecair.

Oleh itu, permukaannya berkelakuan seolah-olah filem elastik yang menunjukkan ketahanan terhadap ubah bentuk.

Unit

Ketegangan permukaan biasanya diwakili oleh simbol γ, dan dinyatakan dalam unit N / m, panjang masa daya. Walau bagaimanapun, selalunya unitnya adalah dyn / cm. Satu boleh ditukar menjadi yang lain dengan faktor penukaran berikut:

1 din / cm = 0.001 N / m

Ketegangan permukaan air

Air adalah cecair yang paling jarang dan menakjubkan. Ketegangan permukaannya, serta beberapa sifatnya, sangat tinggi: 72 dyn / cm pada suhu bilik. Nilai ini boleh meningkat menjadi 75.64 dyn / cm, pada suhu 0 ºC; atau turun menjadi 58.85 ºC, pada suhu 100 ºC.

Pemerhatian ini masuk akal apabila anda menganggap bahawa penghalang molekul mengetatkan lebih banyak pada suhu yang hampir dengan beku, atau "melonggarkan" sedikit lebih banyak di sekitar titik didih.

Air mempunyai ketegangan permukaan yang tinggi kerana ikatan hidrogennya. Sekiranya ini kelihatan di dalam cecair, ia lebih ketara di permukaan. Molekul air terjerat kuat, membentuk interaksi dipol-dipol dari jenis H ₂ O-HOH.

Molekul air saling menarik; dihubungkan oleh ikatan hidrogen

Itulah kecekapan interaksi mereka sehingga penghalang molekul berair dapat menyokong beberapa badan sebelum tenggelam. Di bahagian aplikasi dan eksperimen kita akan kembali ke tahap ini.

Contoh lain

Semua cecair menunjukkan ketegangan permukaan, sama ada pada tahap yang lebih rendah atau lebih besar daripada air, atau sama ada bahan atau larutan tulen. Seberapa kuat dan tegangnya rintangan molekul permukaannya, akan bergantung secara langsung pada interaksi antar molekulnya, serta faktor struktur dan tenaga.

Gas pekat

Contohnya, molekul gas dalam keadaan cair hanya saling berinteraksi melalui daya serakan London. Ini selaras dengan kenyataan bahawa ketegangan permukaan mereka mempunyai nilai yang rendah:

-Helium cair, 0,37 dyn / cm pada suhu -273 ºC

-Nitrogen cair, 8,85 dyn / cm pada suhu -196 ºC

-Oksigen cair, 13.2 dyn / cm pada suhu -182 ºC

Ketegangan permukaan oksigen cair lebih tinggi daripada helium kerana molekulnya mempunyai jisim yang lebih besar.

Cecair Apolar

Cecair bukan polar dan organik dijangka mempunyai ketegangan permukaan yang lebih tinggi daripada gas pekat ini. Di antara mereka ada yang berikut:

-Dietilether, 17 dyn / cm pada suhu 20 ºC

- n-Hexane, 18,40 dyn / cm pada 20 ° C

- n -Oktana, 21,80 dyn / cm pada 20 ° C

-Toluena, 27.73 dyn / cm pada 25 ºC

Kecenderungan serupa diperhatikan untuk cecair ini: ketegangan permukaan meningkat apabila jisim molekulnya meningkat. Oleh itu, n-oktan harus mempunyai tegangan permukaan tertinggi dan bukan toluena. Di sini struktur molekul dan geometri turut dimainkan.

Molekul toluena, berbentuk rata dan berbentuk cincin, mempunyai interaksi yang lebih berkesan daripada n-oktana. Oleh itu, permukaan toluena "lebih ketat" daripada permukaan n-oktana.

Cecair kutub

Oleh kerana terdapat interaksi dipol-dipol yang lebih kuat antara molekul cecair polar, kecenderungan mereka adalah untuk menunjukkan ketegangan permukaan yang lebih tinggi. Tetapi ini tidak selalu berlaku. Antara beberapa contoh yang kami ada:

-Asid asetik, 27.60 dyn / cm pada suhu 20 ºC

-Acetone, 23.70 dyn / cm pada suhu 20 ºC

-Darah, 55.89 din / cm pada 22 ºC

-Ethanol, 22.27 dyn / cm pada suhu 20 ºC

-Gliserol, 63 dyn / cm pada suhu 20 ºC

-Fodium sodium chloride, 163 dyn / cm pada suhu 650 ºC

- Larutan NaCl 6 M, 82,55 dyn / cm pada suhu 20 ºC

Natrium klorida cair diharapkan mempunyai ketegangan permukaan yang sangat besar - ia adalah cecair ionik yang likat.

Sebaliknya, merkuri adalah salah satu cecair dengan tegangan permukaan tertinggi: 487 dyn / cm. Di dalamnya, permukaannya terdiri daripada atom merkuri yang sangat kohesif, lebih banyak daripada molekul air.

Permohonan

Sebilangan serangga menggunakan tegangan permukaan air untuk dapat berjalan di atasnya. Sumber: Pixabay.

Ketegangan permukaan sahaja tidak mempunyai aplikasi. Namun, ini tidak bermaksud bahawa ia tidak terlibat dalam pelbagai fenomena harian, yang jika mereka tidak wujud, tidak akan berlaku.

Contohnya, nyamuk dan serangga lain dapat berjalan melalui air. Ini kerana kaki hidrofobik mereka menolak air, sementara jisimnya yang rendah memungkinkan mereka tetap bertahan di penghalang molekul tanpa jatuh ke dasar sungai, tasik, kolam, dll.

Ketegangan permukaan juga berperanan dalam kebasahan cecair. Semakin tinggi tegangan permukaannya, semakin kecil kecenderungannya untuk bocor melalui liang atau retakan pada bahan. Selain itu, ia bukan cecair yang sangat berguna untuk membersihkan permukaan.

Bahan pencuci

Di sinilah bahan pencuci bertindak, mengurangkan ketegangan permukaan air, dan membantunya menutup permukaan yang lebih besar; sambil meningkatkan tindakannya yang merosot. Dengan mengurangkan ketegangan permukaannya, ia memberi ruang kepada molekul udara, yang dengannya membentuk gelembung.

Emulsi

Sebaliknya, ketegangan lebih tinggi yang lebih tinggi dikaitkan dengan penstabilan emulsi, yang sangat penting dalam perumusan pelbagai produk.

Eksperimen sederhana

Klip logam melayang kerana ketegangan permukaan air. Sumber: Alvesgaspar

Akhirnya, beberapa eksperimen yang dapat dilakukan di mana-mana ruang domestik akan dikutip.

Percubaan klip

Klip logam diletakkan di permukaannya dalam gelas dengan air sejuk. Seperti yang dilihat pada gambar di atas, klip akan tetap terapung berkat ketegangan permukaan air. Tetapi jika sedikit lava lava cina ditambahkan ke kaca, ketegangan permukaan akan turun secara mendadak dan klip kertas tiba-tiba akan tenggelam.

Kapal kertas

Sekiranya di permukaan kita ada perahu kertas atau palet kayu, dan jika mesin cuci piring atau detergen ditambahkan ke kepala penyapu, maka fenomena yang menarik akan terjadi: akan ada tolakan yang akan menyebarkannya ke arah tepi kaca. Bot kertas dan palet kayu akan menjauh dari kain pembersih yang dibasahi dengan pencuci.

Eksperimen lain yang serupa dan lebih grafik terdiri daripada mengulangi operasi yang sama, tetapi dalam baldi air yang ditaburkan dengan lada hitam. Partikel lada hitam akan hanyut dan permukaannya akan berubah dari lada ditutup menjadi jernih, dengan lada di tepinya.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
2. Wikipedia. (2020). Ketegangan permukaan. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. USGS. (sf). Ketegangan Permukaan dan Air. Dipulihkan dari: usgs.gov
4. Jones, Andrew Zimmerman. (12 Februari 2020). Ketegangan Permukaan - Definisi dan Eksperimen. Dipulihkan dari: thinkco.com
5. Susanna Laurén. (15 November 2017). Mengapa tegangan permukaan penting? Biolin Ilmiah. Dipulihkan dari: blog.biolinscientific.com
6. Sains Keibubapaan Rookie. (07 November 2019). Apa itu Ketegangan Permukaan - Eksperimen Sains Sejuk. Dipulihkan dari: rookieparenting.com
7. Jessica Munk. (2020). Eksperimen Ketegangan Permukaan. Kaji. Dipulihkan dari: study.com
8. Kanak-kanak Ini Perlu Melihat Ini. (2020). Tujuh eksperimen tegangan permukaan - Gadis Fizik. Dipulihkan dari: thekidshouldseethis.com