Повърхностно напрежение и адхезия

Ако вземеш чаша вода и една игла и много, много, много внимателно поставиш иглата върху водата, тя ще остане там и то не понеже плава. Тази игла няма да плава върху водата. Тази игла е по-плътна от водата и знаем, че ако е по-плътна, тогава трябва да потъне. Тоест тя не плава. Всъщност просто си стои на повърхността, понеже има повърхностно напрежение. Водата е течност, която може да има значително количество повърхностно напрежение и знаеш, че е повърхностно напрежение, понеже ако дойдеш тук и приложиш малка сила надолу, премахвайки повърхностното напрежение, или просто бутнеш тази игла точно под повърхността, тогава тя ще потъне. Ще потъне като камък и ще падне веднага на дъното на чашата. Защо водата има това свойство повърхностно напрежение? Свързано е с факта, че водните молекули в тази течност са привлечени една към друга. Тази водна молекула може да образува водородни връзки с другите водни молекули около нея и бива придърпана към тях, и има термин за това. Наричаме това кохезия. Фактът, че водните молекули и молекулите на други течности са привлечени една към друга, се нарича кохезия. Но какво общо има това с повърхностното напрежение? Ключовата част е, че тези водни молекули обичат да се скупчват заедно. Те искат да се съберат заедно, ако могат. Тогава какво ще направи тази водна молекула? Накъде ще отиде? Как ще избере с коя молекула да се събере? Това е проблем. Тук има много течност, молекулата не може да реши или с други думи, да кажем, че тя бива придърпана към тази молекула. Тя също бива придърпана наляво от всичко това, от тази молекула, която я дърпа обратно към началната ѝ позиция. Тази я придърпва обратно към началната ѝ позиция, понеже ще има компонента от тази сила, която ще сочи в посоката на оригиналната позиция, както тази наляво. Тези са ограничени. Тези молекули тук в по-голяма част от течността имат твърде много други водни молекули около себе си, които диктуват къде трябва да бъдат, понеже ако бъдат преместени, те ще ги дръпнат обратно към тази позиция. Но на повърхността над тях няма водни молекули. Тези са по-свободни. Те са по-слабо ограничени. Това позволява на тези водни молекули на повърхността да се групират малко по-добре, да образуват по-силни, по-плътни връзки, да се скупчат по-близо на повърхността, така че да образуват напрежение, което не е налично в по-голямата част от течността. Да, тези водни молекули тук долу няма да им позволят да се групират в една голяма "буца" в центъра, но след като са по-малко ограничени, те могат да образуват тези по-здрави връзки тук на повърхността и това им позволява да поддържат налягане отгоре. Това им позволява да поддържат определено количество тегло, което позволява на тази игла да се носи по повърхността. Няколко практически приложения на това – едно от тях клинично. Ако в урината има жлъчка, можеш да засечеш наличието ѝ, понеже тя намалява повърхностното напрежение на урината. Това е като тест дали черният дроб метаболизира нещата така, както трябва. Друго приложение е – ако отидеш на къмпинг и си в палатката... Вали и върху палатката ти има дъждовни капки. Повечето палатки няма да позволят на водата да се просмуче през тях, но ще се изкушиш. Ще си стоиш тук. Ще си кажеш: "Това изглежда готино" и ще го докоснеш, но не трябва да го докосваш, понеже веднага след като го докоснеш, можеш да нарушиш повърхностното напрежение. И след като нарушиш повърхностното напрежение, тази вода ще започне да капе в палатката ти от това място, което докосна, и вероятно няма да прекараш хубава нощ. Така че издръж на желанието да нарушиш повърхностното напрежение върху палатката ти, ако навън вали. И когато миеш ръцете си, използваме сапун. Ако измиеш ръцете си само с вода и толкова, понякога повърхностното напрежение е твърде голямо. Тези водни молекули са твърде силно свързани една с друга. Те образуват твърде голямо скупчване. Не изглежда така. Изглежда перфектно гладко, но на микроскопско ниво водата не е толкова разпръсната, колкото може да е. Тя образува тези "бучки", понеже водата има кохезия и се събира в едно, но ако добавиш малко сапун в сценария, той нарушава повърхностното напрежение. Той намалява повърхностното напрежение, което означава, че тези водни молекули не се скупчват толкова много заедно, а ако не се скупчват заедно, те могат да влязат в малките прорези, което премахва мръсотията в ръцете ти и тази вода може по-добре да проникне в малките прорези и да стигне дотам, където трябва. Повърхностното напрежение е поради кохезия между водните молекули на повърхността на една течност, но водните молекули не са просто привлечени една към друга. Те всъщност са привлечени и към съда, и към други материали и това се нарича адхезия. Фактът, че водните молекули са привлечени и към други материали, се нарича адхезия. Тази водна молекула е привлечена не само към други водни молекули, тя е привлечена към стената и тези водни молекули малко се изкачват по стената. Ето защо ще видиш – когато пълниш съд с вода или измерваш количество течност в малка бюретка – тя не е перфектно равна на повърхността. Образува една подобна форма. Това е преувеличено, но страните ще са малко по-високи от средата. Трябва да внимаваш, когато измерваш. Това обикновено се нарича менискус и се причинява от адхезията – привличането на водните молекули към съда, в който се намират. Тази сила на адхезията е важна. Причинява нещо, което се нарича капилярно действие. Нека се отърва от това. Ако имаш съд с течност, или просто вода, и вземеш друг съд... Слагаш го тук като сламка. Просто го поставяш вътре и ще видиш, че понеже течността е привлечена към стените на вътрешния съд, тя не остава на това ниво, а ще се покачи нагоре. Тя придърпва това малко над нивото на повърхността на водата. И ако вземеш тръбичка с още по-малък диаметър и я поставиш тук – колкото по-малка е тръбичката, толкова по-голям е този ефект – тази вода ще се покачи до още по-високо ниво в тази тръбичка, поради адхезията към стените на този съд. И името за този ефект е капилярно действие, което е важно в множество биологични и небиологични примери, при които транспортирането на течността е частично подпомогнато от привличането към стените на съда или тръбичката, в която тече.