Tensiunea superficială a lichidelor
Experienţa 1
De un stativ se suspendăm doi buiandrugi paraleli (l ~ 5 cm), legaţi între ei prin fire subţiri:
Carcasa (cadrul) în întregime se cufundă în soluţie de săpun, apoi încet se scoate din soluţie, obţinând între buiandrugi şi aţe o peliculă de săpun. Se atrage atenţie că buiandrugul de jos evident a avansat în sus, iar firele laterale au obţinut formă de arc. Dacă uşor de tras de aţa de jos, apoi pelicula se va întinde şi carcasa va obţine forma unui dreptunghi exact (drept). Dacă apoi de dat drumul la aţă, atunci în urma contracţiei peliculei ultima din nou va obţine forma iniţială (1.b).
Experienţa 2
Forţa tensiunii superficiale este dirijată perpendicular la orice element de lungime al liniei de demarcaţie (de delimitare) a ariei lichidului şi este tangentă la suprafaţa lui. Dacă suprafaţa lichidului este plană, apoi direcţia forţei este situată în planul suprafeţei lichidului. Experienţa unui inel din sârmă cu un fir legat liber (nu întins!) de el în două puncte, care urmează, ne convinge în aceasta. Scufundând acest inel în soluţie apoasă de săpun, putem obţine o peliculă lichidă, în care aţa se va afla în echilibru la orice formă a ei. Dacă de spart pelicula în unul din domeniile ei, apoi firul se va întinde şi va obţine forma unui cerc de circumferinţă.
Experienţa 3
Inelul la care este legat un fir subţire cu un laţ la capăt în partea lui centrală. Se obţine pe suprafaţa inelului pelicula de săpun. Se sparge pelicula în careva parte şi se observă o micşorare esenţială a suprafeţei peliculei: firul obţine forma unui arc de circumferinţă. Dacă de spart pelicula în interiorul laţului, apoi se formează o circumferinţă exactă. Aceasta ne indică la existenţa tensiunii superficiale. Pelicula în toate cazurile ia suprafaţa posibilă minimală şi forţele de tensiune superficială întotdeauna sunt dirijate perpendicular la orice element al conturului, care limitează pelicula. Întinderea firului are loc sub acţiunea forţelor de tensiune superficială din partea peliculei care se contractă (firul este linie de hotar). Această forţă a acţionat asupra firului şi până la ruperea peliculei, însă la aceasta asupra ei acţionau din ambele părţi forţe egale.
Experienţa 4
Care dovedeşte că peliculele lichidelor pot avea o stabilitate esenţială: prin pelicula de săpun poate curge un get de apă fără a o sparge! Se poate prin inelul cu peliculă de dat drumul să treacă o halice muiată în soluţie de săpun … La fel se poate de demonstrat experienţa a cincia.
Experienţa 5
În cristalizor se toarnă până la jumătate apă curată, iar apoi la suprafaţa apei se presoară praf de plută (licopodiu sau piretrium) : pe vârf de cuţit se ia puţin praf şi se suflă în apă pentru a se împrăştia într-un strat subţire uniform.
- cu ajutorul picurătoarei în centrul suprafeţei apei se introduce o picătură nu tare mare de eter sau benzen (picurătoare se ţine aproape orizontal pentru a nu împedica observărilor de către studenţi). Se observă o deplasare rapidă a prafului spre marginea cristalizorului, iar în centru se formează o “fereastră”. Aceasta se explică prin aceea, că eterul brusc scade tensiunea superficială a apei, în legătură cu care se curmă echilibrul forţelor de tensiune superficială.
- În loc de eter putem folosi o bucăţică de orişicare săpun de formă ascuţită la un capăt, întărită pe un beţişor sau sârmă. Este de ajuns de înmuiat săpunul în apă şi … De păstrat beţişorul cu săpun se poate într-o epruvetă cu dop, în care este fixat capătul liber al beţişorului.
Experienţa 6
În care substanţa adăugată măreşte tensiunea superficială.
La suprafaţa apei în cristalizor trebuie să plutească câteva surcele – aşchii mici făcute din chibrituri. Dacă de ele de apropiat o bucăţică de zahăr candel (bomboană englezească – леденец) pe băţ, apoi se poate de observat mişcarea înceată a surcelei spre zahăr: zahărul, care treptat se topeşte în apă, măreşte tensiunea superficială. Dacă după aceasta de surcică de apropiat o bucăţică de săpun, apoi ea se va deplasa în sens opus.
Experienţa 7
În cristalizor se toarnă până la jumătate apă curată, iar apoi în el se aruncă câteva cristaline de camfor. Se observă mişcarea lor neordonată, cu rotaţii, pe întreaga suprafaţă. Explicaţie: dizolvarea neuniformă a camforei în diferite locuri ale apei şi variaţia neuniformă a tensiunii superficiale.
Remarcă:
vasul şi apa trebuie să fie foarte curate – cristalizorul trebuie de spălat cu apă fierbinte, de clătit sub robinet şi de uscat.
Experienţa 8
De pus pe suprafaţa apei o lamelă pentru bărbierit. Dacă ea a fost luată cu degetele, apoi ea întotdeauna este acoperită cu un strat de grăsime şi va pluti deasupra. Aceeaşi lamelă spălată cu săpun nu va pluti la suprafaţă, ci se va scufunda.
Explicaţie: deoarece grăsimea nu se umectează de apă, apoi deasupra lamelei stratul de apă lipseşte şi lamela se cufundă în apă până acolo unde forţa de presiune de jos în sus a apei va echilibra greutatea lamelei. În cazul lamelei curate apa se întinde pe ea …
… Pelicula de săpun reprezintă un strat triplu. În două straturi exterioare se află apă saturată de moleculele substanţelor, ce intră în componenţa săpunului. În stratul central se află apă aproape curată! Fie pelicula într-un loc oarecare din careva cauze s-a subţiat. Aceasta va conduce la aceea că aici se va dezvălui un strat interior de apă aproape curată. Tensiunea superficială a acestui strat este mai mare. Ca rezultat locul subţiat al peliculei va atrage spre el lichidul din alte părţi, mai groase. Prin aceasta grosimea peliculei se va restabili pe întreg întinsul şi pericolul că pelicula se va sparge dispare.
Invers, în lichide pure orice variaţie neînsemnată a grosimii în careva locuri nu poate fi compensată prin variaţia tensiunii superficiale şi conduce la ruperea peliculei.
Peste un timp oarecare se sparge şi pelicula de săpun. Cauzele-s următoare:
- Pelicula niciodată nu este strict orizontală (este curbată de greutatea ei). Ca urmare lichidul din partea superioară a peliculei se scurge în partea inferioară.
- Pelicula tot timpul se evaporă, da prin urmare, se subţie până într-atât, încât stratul interior al ei, responsabil de stabilitatea peliculei, se istoveşte.
- La suprafaţa peliculei pot avea loc reacţii de oxidare, care conduc la formarea substanţelor noi.
- Pentru a păstra mai mult timp pelicula de săpun, în soluţia de săpun se adaugă substanţe care măresc viscozitatea ei (zahăr, glicerină,…).
