Tekutiny
Tekutiny (15/15) · 6:38

Povrchové napětí a adheze Už jste někdy viděli odpočívat jehlu na hladině vody? Už jste se někdy dotkli zevnitř stanu, když pršelo?

Navazuje na Gravitaci.
Pokud byste vzali sklenici vody a jehlu a tuto jehlu velmi opatrně, opravdu velmi opatrně položili na hladinu vody, zůstala by tam. To však není kvůli tomu, že jehla plove. Tato jehla by nemohla plovat na vodě. Tato jehla je mnohem hustější než voda a my víme, že hustější předměty by měly klesnout. Takže jehla neplove. Spíše pouze „sedí“ na hladině díky působení povrchového napětí. Voda je kapalina, která má významné množství povrchového napětí. A víte, že jde o povrchové napětí, protože když lehce zatlačíte směrem dolů a porušíte povrchové napětí nebo pokud vtlačíte jehlu jen kousek pod hladinu, klesne ke dnu. Ponoří se jako kámen a okamžitě spadne na dno hrnku. Proč má voda toto povrchové napětí? Souvisí to se skutečností, že se molekuly vody v kapalině navzájem přitahují. Tyto molekuly tvoří vodíkové vazby s okolními molekulami vody a jsou k nim přitahovány. Existuje pro to odborný termín. Říkáme tomu koheze. Takže fakt, že se molekuly vody i molekuly jiných kapalin navzájem přitahují, nazýváme koheze. Ale co to má společného s povrchovým napětím? Zásadní je to, že molekuly vody rády tvoří společné svazky. Rády se sdružují do skupin, pokud mohou. Co by chtěla tato molekula dělat? Kterou cestu si zvolí? Jak si vybírá molekuly k interakci? To je otázka. Zde v objemu kapaliny se nemůže rozhodnout nebo si jen tak říct, že se přitáhne k této molekule. Je také přitahována vlevo těmito molekulami, na svou původní pozici. Tato ji táhne zpět na její původní pozici, protože tady působí složka síly, která míří ve směru její původní pozice, stejně jako tato vlevo. Takže molekuly jsou omezené. Tyto molekuly zde v objemu kapaliny jsou obklopeny velkým množstvím jiných molekul, které jim diktují, kde musí být, protože, pokud by se chtěly přemístit, okolní molekuly je usadí zpět. Avšak na hladině nad nimi už nejsou jiné molekuly. Tyto jsou volnější. Méně omezené. Takže to těmto molekulám na hladině dovoluje se o něco lépe seskupovat, tvořit silnější, pevnější vazby a menší rozestupy na hladině, tím způsobem vytváří napětí, které se nenachází v objemu kapaliny. A tyto molekuly pod nimi jim budou bránit seskupit se do jednoho velkého chumlu, ale jelikož jsou méně omezené, mohou zde na hladině tvořit těsnější vazby a toto jim dovolí vzdorovat tlaku shora. A dovolí jim tedy udržet určitou váhu, což umožní jehle zůstat na hladině. Pár praktických aplikací. Jedna medicínská. Pokud je v moči žluč, lze zjistit její přítomnost, protože snižuje povrchové napětí moči. Takže toto je test, zda játra metabolizují látky tak, jak by měla. Další příklad naleznete, pokud chodíte tábořit a jste ve stanu. Prší a na stanu jsou patrné stékající kapky deště. Mnoho stanů je odolných proti prosáknutí vodou, ale vy budete v pokušení. Budete v něm sedět. Budete cítit, že by bylo fajn se toho dotknout, ale neuděláte to, protože, jakmile byste se dotkli, mohli byste porušit povrchové napětí, a jakmile jej narušíte, voda začne kapat do vašeho stanu z bodu, kterého jste se dotkli, a možná budete mít zkaženou noc. Takže odolejte pokušení narušit povrchové napětí vašeho stanu, když prší. A když si myjete ruce, používáte detergenty. Pokud si myjete ruce prostou vodou, občas je povrchové napětí příliš velké. Tyto molekuly vody jsou velmi vázané k sobě. Tvoří velký „chomáč“. Nevypadá to tak. Vypadá to perfektně hladce. Ale na mikroskopické úrovni se voda příliš nerozptyluje. Tvoří tyto svazky, protože voda je kohezní a drží pohromadě, ale pokud přidáte trochu mýdla, tak se poruší povrchové napětí. Sníží se povrchové napětí, což znamená, že tyto molekuly se nebudou tak moc shlukovat, a pokud se nebudou tolik shlukovat, mohou pronikat do trhlinek, čímž odstraní špínu z vašich rukou. Voda je schopna lépe proniknout do malých trhlinek a dostat se tam, kde je potřeba. Povrchové napětí tedy vzniká díky kohezi mezi molekulami vody na povrchu kapaliny, ale molekuly vody nejsou jen přitahovány jedna k druhé. Jsou též přitahovány k nádobě a jiným materiálům, tomu se říká adheze. Takže skutečnost, že molekuly vody jsou přitahovány k jiným materiálům, se nazývá adheze. Jde o to, že tato molekula vody není tak přitahována k jiným molekulám, je přitahována ke stěně. A tyto molekuly po stěně trochu šplhají. Můžete pozorovat, že když naplníte nádobu vodou nebo odměříte množství kapaliny v malé byretě, není hladina dokonale v rovině. Vznikne tvar podobný tomuto. Toto je přehnané, ale okraje budou trochu výše než střed hladiny. Musíte být opatrní, když měříte. Tomuto se obvykle říká meniskus a je zapříčiněn adhezí čili přitažlivostí molekul vody k nádobě. Tato adhesivní síla je důležitá. Způsobuje takzvané kapilární jevy. Toto odstraním. Vezměte si nádobu s kapalinou nebo konkrétně s vodou. A ještě jinou nádobu. Vložte ji sem jako brčko. Pokud ji vložíte dovnitř, tak uvidíte, – protože je kapalina přitahována ke stěně této vnitřní nádoby – že nezůstane v rovině, ale vystoupá nahoru. Stoupne trochu vzhůru nad rovinu hladiny vody. A pokud vezmete trubici o menším průměru a vložíte ji sem, tak čím menší průměr trubice zvolíte, tím bude efekt větší a voda vystoupá uvnitř trubice výše díky adhezi ke stěnám nádoby. Tento efekt je pojmenován kapilární jev, který je důležitý v různých biologických a nebiologických systémech, kde je tok podporován přitažlivostí ke stěnám nádoby nebo trubice, kterou kapalina protéká.
video