Мастер-класс «Поверхностное натяжение воды». Поверхностное натяжение свойства воды

Поверхностное натяжение воды - Вода

Поверхностное натяжение воды – одно из самых интересных свойств воды.

Приведем определение этого термина из компетентного источника.

Поверхностное натяжение, это …

Большая медицинская энциклопедия

Поверхностное натяжение (П. н.) – это сила притяжения, с которой каждый участок поверхностной пленки (свободной поверхности жидкости или же любой поверхности раздела двух фаз) действует на смежные части поверхности. Внутреннее давление и П. н. Поверхностный слой жидкости ведет себя, как эластическая растянутая мембрана. Согласно представлению, развитому гл. обр. Лапласом (Laplace), это свойство жидких поверхностей зависит от “молекулярных сил притяжения, быстро убывающих с расстоянием. Внутри однородной жидкости силы, действующие на каждую молекулу со стороны молекул, ее окружающих, взаимно уравновешиваются. Но вблизи поверхности равнодействующая сил молекулярного притяжения направлена внутрь; она стремится втянуть поверхностные молекулы в толщу жидкости. Вследствие этого весь поверхностный слой подобно упругой растянутой пленке оказывает на внутреннюю массу жидкости в направлении, нормальном к поверхности, весьма значительное давление. По подсчетам это «внутреннее давление», под которым находится вся масса жидкости, достигает нескольких тысяч атмосфер. Оно возрастает на выпуклой поверхности и убывает на вогнутой. В силу стремления свободной энергии к минимуму всякая жидкость стремится принять форму, при к-рой ее поверхность — место действия поверхностных сил — имеет наименьшую возможную величину. Чем больше поверхность жидкости, тем большую площадь занимает ее поверхностная пленка, тем значительнее запас свободной поверхностной энергии, освобождающейся при ее сокращении. Натяжение, с которым каждый участок сокращающейся поверхностной пленки действует на смежные части (в направлении, параллельном свободной поверхности), называется П. н. В отличие от эластического напряжения упругого растянутого тела, П. н. не ослабевает по мере сжатия поверхностной пленки. … Поверхностное натяжение равняется работе, которую нужно совершить, чтобы увеличить свободную поверхность жидкости на единицу. П. н. наблюдается на границе жидкости с газом (также и с собственным паром), с другой несмешивающейся жидкостью или же с твердым телом. Точно так же и твердое тело имеет П. н. на границе с газами и жидкостями. В отличие от П. н., к-рое жидкость (или твердое тело) имеет на своей свободной поверхности, граничащей с газообразной средой, натяжение на внутренней границе двух жидких (или жидкой и твердой) фаз удобно обозначить специальным термином—принятым в немецкой литературе, термином «пограничное натяжение» (Grenzflachenspannung). Если в жидкости растворено вещество, понижающее ее П. н., то свободная энергия уменьшается не только путём уменьшения величины пограничной поверхности, но и посредством адсорпции: поверхностно активное (или капилярноактивное) вещество собирается в повышенной концентрации в поверхностном слое ……

Большая медицинская энциклопедия. 1970

Подытожить все вышесказанное можно таким образом – молекулы, которые находятся на поверхности какой либо жидкости, в том числе и воды, притягиваются остальными молекулами внутрь жидкости, вследствие чего и возникает поверхностное натяжение. Подчеркнем, что это упрощенное понимание этого свойства.

Поверхностное натяжение воды

Для лучшего понимания этого свойства приведем несколько проявлений поверхностного натяжения воды в реальной жизни:

• Когда мы видим как вода с кончика крана капает а не льётся – это поверхностное натяжение воды;
• Когда капля дождя в полете принимает округлую слегка вытянутую форму – это поверхностное натяжение воды;
• Когда вода на водонепроницаемой поверхности принимает шарообразную форму – это поверхностное натяжение воды;
• Рябь, возникающая при дуновении ветра на поверхности водоемов, так же является проявлением поверхностного натяжения воды;
• Вода в космосе принимает шарообразную форму благодаря поверхностному натяжению;
• Насекомое водомерка держится на поверхности воды благодаря именно этому свойству воды;
• Если на поверхность воды аккуратно положить иглу, она будет плавать;
• Если в стакан поочерёдно налить жидкости разной плотности и цвета, мы увидим , что они не смешиваются;
• Радужные мыльные пузыри, так же являются прекрасным проявление поверхностного натяжения.

Коэффициент поверхностного натяжения

Политехнический терминологический толковый словарь

Коэффициент поверхностного натяжения – линейная плотность силы поверхностного натяжения на поверхности жидкости или на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей.

Политехнический терминологический толковый словарь. Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. 2014

Ниже мы приведем значения коэффициента поверхностного натяжения (К. п. н.) для различных жидкостей при температуре 20°C:

• К. п. н. ацетона – 0.0233 Ньютон / Метр;
• К. п. н. бензола – 0.0289 Ньютон / Метр;
• К. п. н. воды дистиллированной – 0.0727 Ньютон / Метр;
• К. п. н. глицерина – 0.0657 Ньютон / Метр;
• К. п. н. керосина – 0.0289 Ньютон / Метр;
• К. п. н. ртути – 0.4650 Ньютон / Метр;
• К. п. н. этилового спирта – 0.0223 Ньютон / Метр;
• К. п. н. эфира – 0.0171 Ньютон / Метр.

Коэффициент поверхностного натяжения воды

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры жидкости. Приведем его значения при различных температурах воды.

• При температуре 0°C  – 75,64 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре  10°C – 74,22 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре  20°C – 72,25 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре  30°C – 71,18 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре 40°C – 69,56 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре 50°C – 67,91 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре  60°C – 66,18 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре 70°C – 64,42 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре 80°C – 62,61 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре 90°C – 60,75 σ, 10–3 Ньютон / Метр;
• При температуре 100°C – 58,85 σ, 10–3 Ньютон / Метр.

Поверхностное натяжение воды

vodamama.com

Мастер-класс «Поверхностное натяжение воды».

Мастер-класс «Поверхностное натяжение воды».

Автор : Щендригина В.Н.,

учитель физики МКОУ «СОШ №8 имени А.В.Грязнова» ИМРСК

Цель: показать развитие творческой активности учащихся в ходе исследование явления поверхностного натяжения. Образовательная: изучение явления поверхностного натяжения. Развивающая: развивать умение наблюдать, экспериментировать, добывать знания, понимать, оценивать и соотносить свою точку зрения с мнением других, уметь делать выводы. Воспитывающая: воспитывать чувство прекрасного, бережного отношения к природе, умение вести диалог, слушать других и аргументировано отстаивать точку зрения. Методы, приемы, способы: -обмен мнениями, групповое обсуждение, дискуссия;-эксперимент. Оборудование: компьютер и презентация,…….. I. Введение в мастер-класс, обозначение основных целей и задач: (Слайд 1)Здравствуйте, уважаемые коллеги. Главная задача каждого учителя сегодня - помочь в получении прочных знаний, в развитии способностей учащихся, приобщение их к творческой деятельности, помочь ученику раскрыться, лучше использовать свой творческий потенциал. И, самое главное, применить полученные знания в будущем, уметь ориентироваться в современном мире. Поэтому я взяла в качестве эпиграфа к уроку слова великого И.В. Гёте: «Просто знать - ещё не всё, Знания нужно умело использовать». В будущем ученику предстоит решать многие проблемы, часто связанные с технической стороной, поэтому в школе под руководством учителя необходимо развивать активную самостоятельную деятельность, в результате чего происходит творческое овладение профессиональными знаниями, навыками, умениями и развитие мыслительных способностей. Каждый из нас в своей повседневной жизни не раз сталкивался и сталкивается с обыденными с одной стороны, но вместе тем удивительными с другой стороны явлениями, совершенно не задумываясь при этом, с какими замечательными физическими явлениями имеем дело и даже не задумывался о том, как их объяснить!.(Слайд 2)

Даже маленькие дети прекрасно знают, что «куличики» и замки можно строить только из мокрого песка. Сухие песчинки не пристают друг к другу. Но, так же не пристают друг к другу и песчинки, целиком погружённые в воду. Почему водомерки так легко перемещаются по поверхности воды? Почему осы, стрекозы и некоторые насекомые могут легко приземляться и взлетать с поверхности воды? Попробуем дать объяснение этим явлениям.

Но сначала давайте проведём несколько опытов.

Опыт № 1 «Плавающие скрепки»

Оборудование стакан с чистой водой, несколько скрепок, одна из которых немного разогнута

Задание. Возьмите одну скрепку и аккуратно опустите её на поверхность воды так, чтобы она осталась на поверхности. (Главное, выполнять очень осторожно, не толкая стакан с водой. Если это не удалось, то положите сухую скрепку на разогнутую и вновь опустите на поверхность воды, при этом последнюю аккуратно опуская вниз.)

Опыт № 2« Капля масла»

Оборудование: пипетка с растительным маслом, зубочистка, моющее средство.

С помощью пипетки поместите каплю масла на поверхность воды. Что вы замечаете? А теперь коснитесь кончиком зубочистки, смоченным в растворе моющего средства, поверхности воды рядом с маслом, в центре. Что вы наблюдаете?

(Предполагаемый ответ: масло сначала собралось в шарик, а затее пятно начало двигаться и расплываться)

Опыт № 3«Мыльная плёнка»

Оборудование: раствор для выдувания мыльного пузыря, проволочное кольцо с ручкой, зубочистка, смоченная мыльным раствором.

Опустите кольцо в мыльный раствор и в отраженном свете пронаблюдайте мыльную пленку. Проткните кольцо зубочисткой. Что вы заметили ? (Предполагаемый ответ: в кольце наблюдается тонкая пленка, при протыкании зубочисткой она сохраняется)

Давайте подведем итог по проведенным опытам.

Вода обладает свойством поддерживать на поверхности легкие предметы и при добавлении мыльного раствора масло и пленка растягиваются. ( Слайд 3)

Учитель:

Опыты показали, что у воды есть удивительное свойство- создавать «плёнку» Дадим научное объяснение этому. Наличие у жидкости свободной поверхности обусловливает существование особых явлений, называемых поверхностными. Они возникают в связи с тем, что молекулы внутри жидкости и молекулы на её поверхности находятся в неодинаковых условиях.( ПОКАЗАТЬ НА СЛАЙД) На поверхности воды количество молекул меньше, чем внутри. Поэтому « внутренние» молекулы тянут вниз, растягивая поверхность жидкости. В объёме жидкости молекулы притягиваются отовсюду, силы притяжения уравновешены. А на поверхности — натяжение идёт только «снизу». Силы не уравновешены, поверхность тянет сама себя. И в отсутствие внешних сил жидкость должна иметь при заданном объёме наименьшую площадь поверхности и принимает форму шара. Именно с этим и связана сферическая форма мелких капель и пузырьков.

2. Освоение.

Первое представление о поверхностном натяжении мы уже имеем, поэтому давайте с вами начнём заполнять таблицу(ГРАФ-СХЕМУ)

Поверхностное натяжение

Использование поверхностного натяжения в быту,медицине…

ΙΙΙ.Исследование. А сейчас пришло время выполнить исследования, проводим следующие опыты.

Опыт № 4

«Что больше: поверхностное натяжение холодной воды или поверхностное натяжение горячей воды?»

Определите с помощью опыта, увеличивается или уменьшается поверхностное натяжение воды в результате изменения её температуры.

Цель эксперимента: продемонстрировать, что поверхностное натяжение воды зависит от температуры.

Материалы: зубочистки, железный гвоздь, спиртовка, стакан с чистой водой (железный гвоздь, спиртовку можно заменить спичками).

Процесс:

• Положите на середину водной поверхности две зубочистки, чтобы они находились рядом.

• Нагрейте железный гвоздь на спиртовке и поднесите его близко к поверхности воды между двумя зубочистками (или налейте на водную поверхность между зубочистками горячую воду).

• (Зажжем спичку и поднесем между зубочистками)

Итоги: две зубочистки быстро удаляются друг от друга. Объясните наблюдаемое явление.

Опыт №5

«Что больше: поверхностное натяжение чистой воды или поверхностное натяжение мыльного раствора?»

Определите с помощью опыта, увеличивается или уменьшается поверхностное натяжение воды в результате растворения в ней мыла.

Цель эксперимента: продемонстрировать, что поверхностное натяжение чистой воды больше поверхностного натяжения мыльного раствора.

Материалы: три зубочистки, жидкость для мытья посуды, миска с чистой водой.

Процесс:

• Положите на середину водной поверхности две зубочистки, чтобы они находились рядом.

• Смочите кончик третьей зубочистки в жидкости для мытья посуды (внимание: этой жидкости нужно совсем немного)

• Окуните кончик третьей зубочистки в воду между двумя другими.

Итоги: две зубочистки быстро удаляются друг от друга. Объясните наблюдаемое явление.

Опыт № 6

«Что больше: поверхностное натяжение чистой воды или поверхностное натяжение раствора сахара?»

Определите с помощью опыта, увеличивается или уменьшается поверхностное натяжение воды в результате растворения в ней сахара.

Цель эксперимента: продемонстрировать, что поверхностное натяжение чистой воды больше поверхностного натяжения раствора сахара.

Материалы: зубочистки, сахарный леденец, миска с чистой водой.

Процесс:

• Положите на середину водной поверхности две зубочистки, чтобы они находились рядом.

• Смочите сахарный леденец в чистой воде и окуните его в воду между двумя зубочистками.

Итоги: две зубочистки быстро удаляются друг от друга. Объясните наблюдаемое явление.

Вывод.

Участники обсуждают свои результаты экспериментов и делают общий вывод о том, что:

1. Наличие у жидкости свободной поверхности обусловливает существование особых явлений, называемых поверхностными. Они возникают в связи с тем, что молекулы внутри жидкости и молекулы на её поверхности находятся в неодинаковых условиях.

2. Поверхностное натяжение зависит от рода жидкости, ее температуры, наличия примесей. С ростом температуры оно уменьшается и исчезает вовсе при критической температуре, что приводит к исчезновению границы раздела между жидкостью и ее насыщенным паром.

Учитель: Проведя опыты мы заметили, что во всех случаях поверхностное натяжение уменьшается. А как вы думаете: можно ли его увеличить? Рассмотрим таблицу и сделаем вывод.

.Вывод. Вода обладает большим поверхностным натяжением и только ртуть имеет наибольшее.

Проявления сил поверхностного натяжения столь многообразны, что даже перечислить их все нет возможности. Приведу один пример.

Гибралтарский пролив, соединяющий Средиземное море и Атлантический океан. Воды будто разделены пленкой и имеют между собой четкую границу. Каждая из них имеет свою температуру, свой солевой состав, животный и растительный мир.

 В 1967 году, немецкие учёные выявили факт несмешивания воды Красного моря и Индийского океана. Следуя примеру своих коллег, Жак Кусто стал выяснять, смешиваются ли воды Атлантического океана и Средиземного моря. Сначала он и его команда исследовали воду Средиземного моря — ее естественный уровень солености, плотности и присущие ей формы жизни. То же самое сделали в Атлантическом океане. Эти две массы воды встречаются в Гибралтарском проливе уже тысячи лет и логично было бы предположить, что эти две огромные водяные массы давно должны были бы перемешаться — их соленость и плотность должны были стать одинаковыми, или, по крайней мере, схожими. Но даже в местах, где они сходятся ближе всего, каждая из них сохраняет свои свойства. Другими словами, в местах слияния двух масс воды водный занавес не дал им смешаться! Воды Атлантического океана и Средиземного моря не в состоянии перемешаться. Величина поверхностного натяжения обуславливается различной степенью плотности морской воды, этот фактор, словно стена, которая препятствует смешиванию вод. Дело здесь в поверхностном натяжении: поверхностное натяжение — это один из самых важных параметров воды. Оно определяет силу сцепления между молекулами жидкости, а также форму ее поверхности на границе с воздухом

ΙV Закрепление.

Учитель: А сейчас проведём наглядные опыты, связанные с поверхностным натяжением.

Опыт № 7 «Заколдованная непроливайка».

У вас есть мелкие монеты (штук 30-40). Налейте полный стакан воды и узнайте: сколько из этих монет можно опустить в стакан с водой, пока она не выльется? А теперь опускайте осторожно по одной монетке в стакан. Ну и что? Сколько поместилось? А как при этом менялась форма поверхностного слоя воды? Объясните почему?

(Ответ:Поверхностное натяжение собирает воду. Если приглядеться, то видно, что мениск продолжает линию стенок стакана, возвышаясь дугой посередине.)

Учитель: Сегодня мы многое узнали о поверхностном натяжении, так как тема нашего семинара связана с осмысленным чтением, то познакомимся с некоторой полезной информацией. В ходе чтения хочу вам предложить использовать технологию « Инсерт», делая на полях пометки, что бы потом продолжить заполнение граф - таблицы.

Чтение текста с пометками:

+ я это знал

- я этого не знал

? хотел бы узнать поподробнее

! это меня удивило

Поверхностное натяжение

Почему мыльный пузырь имеет форму шара?

От чего зависит поверхностное натяжение?

V. Моделирование.

Сегодня я попыталась показать вам, что с помощью исследований и простых, наглядных приёмов можно на уроках физики не только сформировать систему физических знаний, умений и навыков, но и повысить творческую активность, вызвать интерес к постановке опытов. Необходимо давать ему возможность экспериментировать и не бояться ошибок, воспитывать у учащихся делать выводы и отстаивать свою точку зрения.

V. Рефлексия. Закончить урок мне хотелось ещё одним опытом по поверхностному натяжению.

Опыт № 8 Взрыв цвета в тарелке

Для опыта понадобится: тарелка, цельное молоко, жидкое мыло, ватные палочки и пищевые красители разных цветов. План работы:

1. Наливаем молоко в тарелку.

2. Капаем по несколько капель краски в молоко.

3. Обмакиваем две ватные палочки в жидкое мыло и погружаем их в тарелку с молоком.

Итог: при добавлении краски в молоко, на поверхности образуются красивые разливы от краски. При добавлении жидкого мыла, краска сбивается в полоски и образуют неожиданные рисунки на поверхности молока.

В заключение хочу сказать словами Николая Островского:

« Творческая работа – это

прекрасный, необычайно тяжёлый

и изумительно радостный труд».

Литература:

• Русских, Г. А. Мастер-класс – технология подготовки учителя к творческой профессиональной деятельности [Текст] / Г. А. Русских // Методист. – 2002

• Селевко, Г.К. Альтернативные педагогические технологии [Текст] / Г. К. Селевко - М. : НИИ школьных технологий, 2005. - 224 с.

• Советова, Е. В. Эффективные образовательные технологии [Текст] / Е. В. Советова. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 285 с.

• Хуртова, Т.В. Формы профессионального обучения педагогов: мастер- классы [Текст] / Т. В. Хуртова - Волгоград: Учитель, 2008 .– 76 с.

infourok.ru

Лекция 12. Поверхностное натяжение жидкостей. Осмос

вода

Рис. 12.1

воздух

В этой лекции рассмотрим некоторые свойства жидкостей, связанные с поведением молекул в жидкой фазе. В отличие от практически свободных и быстрых молекул газа молекулы жидкости расположены вплотную друг к другу и перемещаются довольно медленно.

12.1. Поверхностное натяжение жидкостей

Упругими свойствами обладают не только твердые тела, но и поверхность жидкости. Каждый видел, как растягивается мыльная пленка при выдувании пузырей. Силы поверхностного натяжения, возникающие в мыльной пленке, удерживают воздух в пузыре, подобно тому, как растянувшаяся резиновая камера удерживает воздух в футбольном мяче.

Поверхностное натяжение возникает на границе раздела фаз, например, жидкой и газообразной или жидкой и твердой, и обусловлено тем, что молекулы поверхностного слоя жидкости испытывают разную силу притяжения снаружи и изнутри. Поверхностное на-

тяжение хорошо наблюдать на примере капли воды, где

жидкость ведет себя так, как будто она помещена в эла-

стичную оболочку. Здесь молекулы поверхностного слоя воды притягиваются к своим внутренним соседям (другим молекулам воды) сильнее, чем к внешним молекулам воздуха, рис. 12.1. Другой пример – пленка бензина на воде. Здесь молекулы бензина притягиваются друг к

другу слабее, чем к молекулам воды, в результате чего бензин растекается по воде очень тонкой пленкой.

Поверхностное натяжение можно определить как бесконечно малую (элементарную) работуδA, которую нужно совершить для увеличения площади поверхности жидкости на бесконечно малую величинуdS при постоянной тем-

определяет упругие свойства поверхности жидкости. Чем больше поверхностное натяжение, тем труднее растягивается пленка жидкости.

Поверхностное натяжение зависит от температуры. Например, для воды с ростом температуры поверхностное натяжение уменьшается.

Сила поверхностного натяжения F пропорциональна длине контураl на поверхности, к которому приложена, и лежит в плоскости, касательной к по-

Жидкость может смачивать или не смачивать поверхность, на которую она налита. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к

74

молекулам поверхности, происходит смачивание (рис. 12.2, а), в противном случае –несмачивание (рис. 12.2, б).

Угол, образованный поверхностью, куда налита жидкость, и касательной к поверхности жидкости, называется краевым углом θ. Предельный случай, когдаθ = 0, называется полным смачиванием, а когдаθ =π, – полным несмачиванием.

Силы поверхностного натяжения искривляют поверхность жидкости и вызывают дополнительное давление, которое определяется формулой Лапласа

Искривленная поверхность жидкости называется мениском. Поверхностное натяжение проявляется и в случае поднятия жидкости в

капиллярных трубках (рис. 12.3, а). Например, в капиллярах стеблей травянистых растений за счет смачивания вода поднимается на несколько сантиметров. Высота поднятия жидкости с плотностью ρ в капиллярной трубке1 радиусаr

Если жидкость не смачивает капилляр, она не входит в него, – опускается относительно основного уровня на высоту h, тоже определяемую формулой (12.4). Этот случай изображен на рис. 12.3, б).

Капиллярные явления играют важную роль в природе и сельскохозяйственной практике. Как уже отмечалось, вода по капиллярам поднимается в стеб-

1 Мениск в капиллярах сферический и дополнительное давление определяется формулой (12.3)″. Дополнительное давление как бы затягивает жидкость наверх. Это давление уравновешивается гидростатическим давлением столбика жидкости высотыh:P =ρgh. Учитывая, что радиус кривизны поверхностиR связан с радиусом капилляраr соотношениемR =r/cosθ, получим формулу (12.4).

75

ли травянистых растений. По капиллярам почвы вода поднимается из глубинных в поверхностные слои. Уменьшая диаметр почвенных капилляров путем уплотнения почвы, можно усилить приток воды к поверхности, то есть к зоне испарения, и этим ускорить высушивание почвы. Наоборот, разрыхляя поверхность почвы и создавая тем самым прерывистость в системе почвенных капилляров, можно задержать приток воды к зоне испарения и замедлить высушивание почвы. На этом основаны агротехнические приемы регулирования водного режима почвы: прикатка и боронование.

Следует также отметить, что пчелы извлекают нектар из цветка посредством очень тонкой капиллярной трубки, находящейся внутри пчелиного хоботка.

Если пузырек воздуха попадет в кровеносный сосуд небольшого диаметра, то из-засил поверхностного натяжения может наступить закупорка сосуда (пузырек как бы прилипает к стенкам сосуда и перекрывает его). Это явление называетсягазовой эмболией. Поэтому при инъекциях нельзя допускать попадания в иглу шприца пузырьков воздуха. Для этого перед инъекцией всегда сбрасывают немного жидкости из шприца.

Кроме того, листья и плоды многих растений не смачиваются водой (покрытывосковымналетом), что предохраняет их отзагниваниявдождливыепериоды.

Оперение водоплавающих птиц предохраняется от намокания следующим образом. Плотное переплетение перьевых и пуховых бородок образует упорядоченную структуру. Жирные выделения расположенной у основания хвоста копчиковой железы, наносимые клювом на перья, сохраняют эту структуру и создают водоотталкивающую (несмачивающуюся) поверхность. Водонепроницаемости также способствуют многочисленные пузырьки воздуха, заключенные в тончайших полостях слоев оперения.

В заключение отметим, что для уменьшения поверхностного натяжения воды используют различные поверхностно-активныевещества (ПАВ), например, мыло. Вода не смачивает (и не отмывает) жирную поверхность, а мыльный раствор – смачивает (и отмывает).

12.2. Осмос и осмотическое давление

Это явление похоже на диффузию, однако, одно существенное отличие заставляет рассматривать его отдельно. Для протекания этого явления необходима перегородка (оболочка), обладающая избирательной проницаемостью, то есть пропускающая одни молекулы и не пропускающая другие.

76

Явление перехода молекул чистого растворителя через полупроницаемую перегородку в область, занятую раствором, называется осмосом.

В результате этого возникает разность давлений между раствором и чистым растворителем. Когда она достигнет определенного значения, осмос прекращается. Разность давлений, при которой осмос прекращается, называется

осмотическим давлением.

Природа осмотического давления будет понятна, если растворенное вещество рассматривать как идеальный газ с молярной концентрацией nр (для слабых растворов).

где nр =ν/V – молярная концентрация раствора в моль/м3. Это уравнение полностью совпадает с уравнением Менделеева – Клапейрона для газов, только вместо молекул газа здесь молекулы или ионы растворенного вещества.

где ρр – плотность раствора (для слабых растворов примерно равна плотности чистого растворителя). Формула (12.6) – экспериментальная формула для определения осмотического давления.

Осмотический эффект играет исключительно важную роль в жизни бактерий, грибов, растений и животных, так как благодаря осмосу происходит водный обмен клетки с внеклеточной жидкостью. Оболочки живых клеток представляют собой полупроницаемые перегородки, – они проницаемы для молекул воды и непроницаемы для молекул сложных органических соединений, образующихся внутри клетки в процессе ее жизнедеятельности. Благодаря этому внутри клетки образуется раствор с концентрацией несколько превышающей концентрацию внеклеточного раствора, и возникает осмотическое давление, растягивающее клеточную мембрану и делающее клетку упругой, как надутый резиновый мяч. Это явление называется тургором клеток. Поэтому ткани растений и животных обладают хорошей упругостью и сохраняют свою форму. Падение осмотического давления в клетках, например, при обезвоживании организма, приводит к их коллапсу (схлопыванию). А обессоливание организма, наоборот, может привести к набуханию и разрыву клеток (осмотический шок).

Если слегка увядшие растения положить в ванну с холодной водой, то благодаря осмосу, они «оживут». Вода будет проходить через мембраны «подсохших» клеток и вернет им прежнюю форму. Осмотическое давление в расти-

77

тельных клетках, окруженных водой, может быть весьма значительным и достигать нескольких атмосфер. Именно благодаря осмосу вода из почвы попадает в клетки листьев очень высоких деревьев. Так, эвкалипты и секвойи достигают высоты 100-120м. Концентрация клеточного раствора в листьях таких растений достаточно высокая, значит, и высокое осмотическое давление (12.5), следовательно, и большая высота подъема воды (12.6).

Если же, растение или животное находятся в растворе с концентрацией, превышающей клеточную концентрацию, то вода идет из клеток во внешний раствор. Например, когда мы делаем варенье и засыпаем фрукты сахаром, образуется сироп – раствор сахара в воде, вышедшей из клеток фруктов. Аналогичный процесс происходит и при засолке рыбы или овощей.

Благодаря осмосу речным рыбам не нужно пить, – вода поступает в ткани не только через желудок, но и через всю внешнюю поверхность рыбы. Так что пресноводным рыбам нужно постоянно выводить избыток воды. А у морских рыб, кроме акул и скатов, концентрация клеточного раствора меньше концентрации солей в морской воде, и они вынуждены пить воду, усваивая ее через желудок. Море в прямом смысле «высасывает» воду из тканей рыб. Кстати, именно осмотическим высасыванием воды из клеток обусловлено чувство жажды, возникающее после приема соленой пищи или питья морской воды.

Кроме того, с ростом концентрации раствора (а, значит, и осмотического давления) уменьшается температура его замерзания. По этой причине почки растений и ткани некоторых животных зимой полностью не промерзают (некоторые виды рыб выдерживают полное промерзание водоема, не зарываясь в ил). Морская вода не замерзает при температурах до –2°С и ниже в зависимости от солености.

Напротив, температура кипения раствора с ростом концентрации (а, значит, и осмотического давления) увеличивается. Поэтому температура кипения соленой воды при атмосферном давлении выше 100 °С.

Причины изменения температуры плавления и кипения воды в зависимости от давления рассмотрены в предыдущей лекции.

Вопросы к лекции 12

1.Как возникает поверхностное натяжение жидкостей? Приведите примеры.

2.Как определяется коэффициент поверхностного натяжения жидкости, и от чего он зависит?

3.Поясните, в каком случае жидкость смачивает поверхность, с которой соприкасается, а в каком – нет.

4.При взятии крови для анализа используется тонкая капиллярная трубка. Почему кровь «сама» поднимается по капилляру? Почему такого эффекта практически не наблюдается, если трубка не достаточно тонкая?

5.Почему при инъекциях нельзя допускать попадания в иглу шприца пузырьков воздуха?

6.Приведите примеры капиллярных явлений в жизни растений и животных.

7.Что такое осмос? Как найти осмотическое давление?

8.Приведите примеры осмотического эффекта в живых организмах.

9.Объясните механизм подъема воды в листья высоких деревьев.

10.Почему мы хотим пить после приема соленой пищи? Почему от сладкой пищи чувство жажды гораздо меньше?

78

studfiles.net

Поверхностное натяжение питьевой воды | Здоровая жизнь

Поверхностное натяжение питьевой воды

Важным параметром питьевой воды является поверхностное натяжение. Оно определяет степень сцепления между молекулами воды и форму поверхности жидкости, а так же определяет степень усвояемости воды организмом.

Уровень испаряемости жидкости зависит от того, насколько сильно сцеплены между собой ее молекулы. Чем сильнее молекулы притягиваются друг к другу, тем жидкость менее летуча. Чем меньше показатель поверхностного натяжения жидкости, тем более она летуча. Самым низким поверхностным натяжением обладают спирты и растворители. Это, в свою очередь, определяет их активность — способность взаимодействовать с другими веществами.

Зрительно поверхностное натяжение можно представить следующим образом: если медленно наливать в чашку чай до краев, то какое-то время он не будет выливаться через край и в проходящем свете можно увидеть, что над поверхностью жидкости образовалась тончайшая пленка, которая не дает чаю выливаться. Она набухает по мере доливания, и только при, как говорится, «последней капле» жидкость выливается через край.

Чем более «жидкая» вода используется для питья, тем меньше энергии требуется организму для разрыва молекулярных связей и насыщения клеток водой.

Единицей измерения поверхностного натяжения является дин/см.

Водопроводная вода имеет степень поверхностного натяжения до 73 дин/см, а внутри- и внеклеточная жидкость около 43 дин/см, поэтому клетке требуется большое количество энергии на преодоление поверхностного натяжения воды.

Образно говоря, вода бывает более «густая» и более «жидкая». Желательно, чтобы в организм поступала более «жидкая» вода, тогда клеткам не надо будет тратить энергию на преодоление поверхностного натяжения. Вода с низким поверхностным натяжением более биологически доступна. Она легче вступает в межмолекулярные взаимодействия.

Вы задумывались когда нибудь о том, «Почему горячая вода отмывает грязь лучше, чем холодная?». Это происходит потому что с ростом температуры воды снижается ее поверхностное натяжение. Чем ниже поверхностное натяжение воды, тем лучшим растворителем она является. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. С ростом температуры (уменьшается и при критической температуре обращается в нуль. В зависимости от силы взаимодействия молекул жидкости с частицами твёрдого тела, соприкасающегося с ней, возможно смачивание или не смачивание жидкостью твёрдого тела. В обоих случаях поверхность жидкости вблизи границы с твёрдым телом искривляется.

Поверхностное натяжение воды можно понизить, например, добавляя биологически активные вещества или нагревая жидкость. Чем ближе будет значение поверхностного натяжение воды, которую вы употребляете для питья, к 43 дин/см, тем с меньшими энергетическими затратами она может быть усвоена вашим организмом.

Не знаете где можно взять правильную воду? Я подскажу!

Обратите внимание:

Нажатие на кнопку «Узнать» не ведет к каким-либо финансовым тратам и обязательствам.

Вы лишь получите информацию о доступности правильной воды в Вашем регионе,

а так же получите уникальную возможность бесплатно стать членом клуба здоровых людей

и получить скидку 20% на все предложения + накопительный бонус.

Вступи в международный клуб здоровья Coral Club, получи БЕСПЛАТНО дисконтную карту, возможность участия в акциях, накопительный бонус и другие привилегии!

lifezone.su

Поверхностное натяжение и здоровье — Всё самое интересное!

В разделе: Вода | и в подразделах: здоровье. | Автор-компилятор статьи: Лев Александрович Дебаркадер

В разделе «Вода» и подразделе «Скачать» мы сталкивались с таким явлением, как капля воды (в статьях «Капля воды — как она есть» и «Сколько весит капля воды«). За шарообразную форму воды отвечает поверхностное натяжение. Попробуем сегодня поговорить про фильтры для воды, поверхностное натяжение и здоровье. Посмотрим, есть ли здесь какая-нибудь важная (или полезная) взаимосвязь. А заодно посмотрим видео воды в невесомости.

Поверхностное натяжение воды и здоровье редко встречаются вместе. Обычно встречаются «минералы и здоровье», «живая и мёртвая вода«, «структурированная вода и здоровье«, «окислительно-восстановительный потенциал и здоровье» и так далее. Что на наш взгляд, странновато 🙂

Есть интересное мнение: сниженное поверхностное натяжение воды хуже (лучше) влияет на человека. И причина — фильтры для воды. Ибо меняют его.

Натяжение — приложение силы к чему-то в разные стороны. Например, десять человек тянут простыню в разные стороны. Натяжение простыни увеличивается. На простыню даже можно попробовать спрыгнуть с высоты и не сильно удариться 🙂

Поверхностное натяжение воды — силы тянут поверхность в разные стороны.

Получается, что поврехность воды натягивается? За счёт чего она натягивается, что, так сказать, «тянет простыню»? Из-за строения молекулы воды. Как вы помните, молекула воды имеет положительный и отрицательный полюса. Которые образуют друг с другом водородные связи.

В объёме жидкости молекулы притягиваются отовсюду, силы притяжения уравновешены. А на поверхности — натяжение идёт только «снизу». Силы не уравновешены, поверхность тянет сама себя. И когда ей не мешает сила тяжести (например, в невесомости), эта сила добивается своего, вода в невесомости превращается в шар.

Иначе: молекулы в пограничном слое, в отличие от молекул в ее глубине, окружены только наполовину. Водородные связи тянут их внутрь и натягивают поверхность. Примерно так же было бы, если бы наши 10 человек завернулись в простыню и тянули её внутрь изо всех сил. Они образовали бы нечто вроде шара. Но между людьми есть пустоты, куда простыня может залезть. А у воды пустот нет. Вот мы и получаем идеальный шар 🙂

Если уж совсем глубоко копать: если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы вытащить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (то есть увеличить площадь поверхности жидкости), надо затратить положительную работу внешних сил, пропорциональную изменению площади поверхности. Итак, сила поверхностного натяжения равна силе, которая должна быть приложена, чтобы увеличить площадь поверхности на единицу площади. Для справки: поверхностное натяжение воды 0,07286 Н/м.

Примеры поверхностного натяжения из Википедии:

1. В невесомости капля принимает сферическую форму (сфера имеет наименьшую площадь поверхности среди всех фигур одинаковой ёмкости).
2. Струя воды «слипается» в цилиндр.
3. Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости, так как сила тяготения меньше силы, препятствующей увеличению площади жидкости. Так, на поверхности воды может плавать иголка, маленькая монета.
4. Некоторые насекомые (например, водомерки) способны передвигаться по воде, удерживаясь на её поверхности за счёт сил поверхностного натяжения.
5. На многих поверхностях, именуемых несмачиваемыми, вода (или другая жидкость) собирается в капли.

Теперь переходим к фильтрам и поверхностному натяжению воды.

Могут ли они иметь какое-либо отношение к поверхностному нятяжению?

Пройдём весь путь воды.

• Вода сначала идёт на фильтр грубой очистки, где уходит песок и прочие соразмерные частицы.
• Далее, чаще всего, вода проходит через фильтр с активированным углём. Удалены хлор (если он есть) и органика (если уголь это может).
• Обычно далее обратный осмос — полупроницаемая преграда;  в стакан вытекает чистая вода, а прочие соли и т.д. сливаются в канализацию.

На каких этапах с водой происходит нечто, что меняет её способность держаться за саму себя? То есть, меняет поверхностное натяжение? Если это и есть, то на стадии обратного осмоса, ведь вода протискивается сквозь очень маленькие волокна и в некотором роде взвихривается.

Примерно то же самое происходит при кипении (тоже очистка воды) — объём воды дробится на более мелкие относительно неподвижные части. Кстати, в результате получается температурно-активированная вода. У которой, согласно ряду исследователей, поверхностное натяжение меньше, чем у исходной воды.

К сожалению, точных данных, насколько снижается поверхностное натяжение при кипении или очистке обратным осмосом, мы не нашли.

Ещё один пример — электромагнитная обработка воды. Здесь снижение поверхностного натяжения подтверждается интересным опытом. Так, растения, которые поливаются солоноватой водой, плохо растут. Причина — им сложно втягивать воду с солями, соли плохо выпускают воду в растение. Однако, солоноватая вода после электромагнитной обработки легче проходит в растения, и они не настолько сильно подавлены.

Однако, и здесь численных данных и опытов нет.

Теперь возвращаемся к основному вопросу:

Связаны ли поверхностное натяжение и здоровье?

Опять же, экспериментальных данных нет. Но можно предположить теоретически, на основе наших знаний о поверхностном натяжении воды.

Так, чем меньше поверхностное натяжение воды, тем лучше она всасывается в клетки (поскольку не сопротивляется и не препятствует поверхностное натяжение). Следовательно, из клеток будут быстрее выводиться продукты метаболизма и прочие вредные вещества. В целом, организм будет в большей степени здоров, чем тот, у которого продукты обмена веществ и ядовитые вещества выводятся медленнее.

Так что вывод прост:

Если фильтры и уменьшают поверхностное натяжение, то на здоровье это не повлияет.

По материалам http://voda.blox.ua/

interesko.info

Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение

Жидкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между газообразным и твердым.

Рентгеноструктурный анализ жидкостей также подтвердил, что характер расположения частиц жидкости промежуточный между газом и твердым телом. В жидкостях наблюдается ближний порядок в расположении частиц, т.е. их упорядоченное расположение на расстояниях, сравнимых с межатомными, и вообще, очень малые расстояния между частицами. Для частиц жидкости характерна большая подвижность. Эти факторы обуславливают то, что жидкости (подобно твердых тел) имеют малую сжимаемость и легко (в отличие от твердых тел) изменяют форму.

Поскольку молекулы жидкости размещаются вплотную друг к другу, то плотность жидкости гораздо больше плотность газов (расстояние между молекулами газа в сотни раз превышает размеры самих молекул). Каждая молекула жидкости в течение некоторого времени колеблется около определенного положения равновесия, после чего скачком переходит в новое положение, отдаленное от первоначального на расстояние порядка межатомного.

Таким образом, молекулы жидкости медленно перемищкються по всей массе жидкости и диффузия происходит гораздо медленнее, чем в газах. С повышением температуры жидкости интенсивность колебательного движения резко увеличивается, возрастает подвижность молекул, что, в свою очередь, является причиной уменьшения вязкости жидкости. Жидкостям присущ поверхностное натяжение. Он обусловлен тем, что молекулы поверхностного слоя испытывают несколько иную силу межмолекулярного взаимодействия, чем молекулы, находящиеся внутри объема жидкости.

На самом деле, молекула внутри жидкости со всех сторон равномерно окружена другими молекулами, поэтому действующие на нее силы в среднем компенсируются. Таким образом, результирующая сила, действующая на молекулу внутри жидкости со стороны других молекул, равна нулю. Плотность газообразной среды значительно меньше плотность жидкости, поэтому молекула в приповерхностном слое меньше привлекается в сторону молекул газа и более - в сторону молекул жидкости.

Так равнодействующая сил, приложенных к каждой молекулы поверхностного слоя, нулю не равна и направлена внутрь. Молекулы поверхностного слоя жидкости под действием результирующей силы втягиваются внутрь жидкости, и число молекул, находящихся на поверхности уменьшается до тех пор, пока свободная поверхность жидкости не окажется минимально возможной.

Под действием поверхностного натяжения жидкость (при отсутствии других сил) принимает форму шара (при заданном объеме это геометрическое тело имеет наименьшую площадь поверхности). Наблюдая мельчайшие капельки, взвешенные в воздухе, можем увидеть, что они действительно имеют форму шаров, но несколько неидеальных из-за действия сил притяжения. В условиях невесомости капля любой жидкости (независимо от ее размеров) имеет сферическую форму, что доказано в ходе экспериментов при космических полетах.

Суммарная энергия частиц жидкости складывается из энергии их хаотического (теплового) движения и потенциальной энергии, обусловленной силами межмолекулярного взаимодействия. Для перемещения молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой надо потратить работу. Эта работа осуществляется за счет кинетической энергии молекул и идет на увеличение их потенциальнойэнергии. Поэтому молекулы поверхностного слоя жидкости обладают большей потенциальной энергией, чем молекулы внутри жидкости. Эта дополнительная энергия, которой обладают молекулы в поверхностном слое жидкости, названная поверхностнойэнергией, пропорциональна площади слоя dS.

Поверхностное натяжение зависит от примесей, имеющихся в жидкости. Например, наличие в воде наименьшего количества поверхностно-активных веществ (спирт, нефть и т.д.) уменьшает ее коэффициент поверхностного натяжения.

Наиболее известной поверхностно-активным веществом по отношению к воде есть мыло. Оно уменьшает ее коэффициент поверхностного натяжения примерно с 7,5 • 10-2 до 4,5 • 10-2 Н / м. Некоторые вещества (сахар, соль), наоборот, увеличивают коэффициент поверхностного натяжения. Это объясняется тем, что их молекулы взаимодействуют с молекулами жидкости сильнее, чем молекулы жидкости между собой. Например, если посолить мыльный раствор, то в поверхностный слой жидкости выталкивается молекул мыла больше, чем в пресной воде. В мыловаренной технике мыло «висолюеться» этим способом из раствора.

worldofscience.ru

Смотрите также

• 
  Свойства воды с лимоном
• 
  Свойства чая и воды
• 
  Газообразное состояние воды свойства
• 
  Свойства воды конспект урока
• 
  Целебные свойства медовой воды
• 
  Полезные свойства дистиллированной воды
• 
  Необычные свойства воды проект
• 
  Значки символы свойства воды
• 
  Свойства воды и алюминия
• 
  4 класс свойства воды
• 
  Лечебные свойства ионизированной воды