Površinski napon

Molekuli unutar i na površini tečnosti

Uzrok površinskog napona leži u neuravnoteženim međumolekulskim silama, molekula na površini tečnosti. Na molekul tečnosti, koji se nalazi u unutrašnjosti suda, okružen istim takvim molekulima, deluju međumolekulske sile sa svih strana. Pošto se radi o istim molekulima i istim silama, ukupmo dejstvo međumolekulskih sila na posmatrani molekul je jednako nuli. Molekul tečnosti, koji se nalazi na površini, izložen je delovanju ostalih molekula samo sa donje strane, jer su sile kojima na njega deluju molekuli vazduha zanemarljive. Otuda je rezultujuća sila, koja deluje na molekul tečnosti na površini usmerena ka unutrašnjosti tečnosti. Svaki molekul tečnosti na površini “želi” da se vrati u unutrašnjost tečnosti, te će na površini uvek boraviti minimalan broj molekula za datu površinu. 

Kako bi smanjila broj molekula na površini, tečnost pokušava da smanji slobodnu površinu, usled čega se ista ponaša kao zategnuta opna.

Težnja tečnosti da smanji slobodnu površinu zavisi od jačine međumolekulskih sila, odnosno u krajnjem slučaju od vrste tečnosti. U tu svrhu se za svaku tečnost definiše koeficijent površinskog napona $\gamma$, čija se vrednost može odrediti eksperimentalnim putem:

$$\gamma =\frac{A}{\Delta S}$$

gde je $A$ rad izvršen na povećanju slobodne površine, dok je $\Delta S$ promena veličine slobodne površine.

Koeficijent površinskog napona $\gamma$ govori koliki rad bi trebalo izvršiti da bi se slobodna površina tečnosti povećala za 1m2.

Kako za datu zapreminu kugla ima najmanju površinu, ostavljena da slobodno formira oblik, bez uticaja spoljašnjih sila, svaka tečnost poprima oblik kugle. Kap vode, koja se formira na česmi, deformiše se pre otkidanja pod dejstvom gravitacije, ali nakon toga, dok slobodno pada, poprima oblik kugle.

Pažljivim spuštanjem na površinu tečnosti, tako da se ne probije zamišljena opna površinskog napona, moguće je postaviti telo veće gustine od vode da pluta na vodi.

Neke biljke su razvile hidrofobne emulzije na lišću, koje omogućuju formiranje kugli vodenih kapi nakon kiše, pod dejstvom površinskog napona. Kuglaste vodene kapi se lakše skotrljaju sa lista, što pospešuje oslobađanje lista od vode i nečistoća, koje kotrljajuća kap vode pokupi. Termin “hidrofobno” znači da su sile između molekula “hidrofobne” supstance i vode zanemarljive.