Жидкость и ее поверхностное натяжение.
Моя мама (школьный учитель) всегда рассказывала про агрегатные состояния так:
- Молекулы твердого вещества ведут себя как школьники на уроке: каждый из них находится на своем месте, но один пытается списать контрольную у соседа, другой качается на стуле, а третий в задумчивости почесывает нос. И молекулы твердого тела, хоть и постоянно движутся, положение относительно других молекул не меняют. Газы - это школьники на перемене, они носятся по коридору, врубаются друг в друга, в стены и занимают весь предоставленный им объем. А жидкости - это пассажиры автобуса, они вроде рядом, но могут меняться местами друг с другом, часть пассажиров может выйти (утечь/испариться), а на их место заходят новые. Эта модель хоть и не позволят понять причин того или иного поведения молекул, зато очень неплохо помогает представить что происходит внутри нашего вещества. Внутри, но не на поверхности. Люди в автобусе и школьники на уроке ведут себя так под действием внешних факторов. А если мы хотим обсудить эффекты на поверхности, то важно знать, что молекулы сами по себе притягиваются друг к другу.
Если мы хотим очеловечить капельку жидкости, то, конечно, можем представить себе школьников, связанных между собой резиновыми ремнями, но, по неизвестным мне законам, люди и без резинок часто тянутся друг к другу. Так что, рассмотрим дружную группу подростков, гуляющих по улице. Вот они "текут" по парку: каждый хочет находиться в центре событий, они не разбегаются и даже не выстраиваются в шеренгу, они движутся довольно круглой кучкой (толпой?), несмотря на то, что не обладают осевой симметрией и предпочли бы, в отличии от молекул, ориентировать друг к другу лицом или боком. Молекулы воды на поверхности капель физически притягивает внутрь, перпендикулярно поверхности, им требуется энергия, чтоб оставаться в верхнем слое, а подростку просто некомфортно быть где-то сбоку, в итоге и там и там форма получается такой, при которой на границе оказывается минимально возможное число людей/молекул.
Капля может разделиться на части, слиться опять, но молекулам на поверхности находиться не нравится, там им требуется больше энергии, чем внутри вещества. Всегда, но не совсем. Это еще зависит от того, с чем поверхность капли соприкасается.
Если в парке есть лавочка, то молекулы - подростки, с удовольствием "притягиваются" к ней, а на грязный асфальт они не разваливаются, так же, как вода, не "прилипает" к пропитанной гидрофобным спреем бумаге.
Почему некоторые поверхности прилипают друг другу, а другие нет - тема, достойная отдельной статьи, пока просто будем иметь ввиду, что взаимодействие с поверхностью бывает разное.
Поверхностно - активные вещества и мыльные пленки.
Поверхностное натяжение воды слишком большое, чтобы вода могла образовывать пленки. В жидкости для мыльных пузырей добавляют специальные поверхностно - активные вещества.
Поверхностно - активные вещества (ПАВ) - это вещества с небольшими силами притяжения друг к другу, если проводить аналогию с людьми, то это молекулы - интроверты. Им не очень-то сильно хочется быть в самой гуще событий, а молекулам воды - хочется, вот и получается, что самое выгодное состояние системы, состоящей из двух видов молекул, это то состояние, в котором вода оказывается в толще жидкости, а ПАВы остаются на поверхности.
Что это нам дает? Теперь у жидкости есть две причины образовать пленку: во внутренней части капли молекулы притягиваются друг к другу достаточно, чтобы капля не разваливалась на отдельные молекулы (одни только интроверты не образовали бы толпу, а сидели бы по домам), и достаточно слабо притягиваются на поверхности, чтобы капля могла растечься в тонкую пленку. Эта ситуация внешне похожа на ту, в которой вода была бы зажата между двумя пленками.
Уже прекрасно, но есть еще одно замечательное свойство у мыльной добавки! Если в результате случайных отклонений слой жидкости становится значительно тоньше, то количество мыла в этой части пленки уменьшается (потому что там всех молекул становится меньше) и тогда молекулы воды оказываются на поверхности и стремятся сформировать небольшую "локальную каплю". Так дырки в пленке затягиваются, не успев образоваться.
Так почему нитка на мыльной пленке принимает форму дуги окружности, если пленку проткнуть в одной стороны? Потому что каждую молекулу воды на нитке притягивают ее соседи с сохранившейся части пленки! Причем сила притяжения, действующая на каждый участок нитки, примерно одинаковая! А мыльный пузырь имеет форму шара для того, чтоб поверхность жидкости была как можно меньше, при том, что газ внутри не дает пузырю "схлопнуться".
А вот вопрос на засыпку: можно ли с помощью нитки сделать дырку в мыльном пузыре? Такую, как в этом видео?
На этом все, что я хотела рассказать в этой статье. Пока собиралась прогуляться с мыльным раствором, на улице стемнело. Перелевающиеся в солнечных лучах пузыри сфотографировать не получилось, зато удалось полюбоваться сразу двумя ярчайшими небесными объектами вечернего неба! Есть ощущение, что ни разу не видела Венеру и Луну настолько близко!
Всем отличного настроения и ярких эмоций! Любите своих детей независимо от того, интересуются ли они, зачем нужно мыло в растворе для мыльных пузырей!
