Повърхностно напрежение

Тук виждаме близък план на повърхността на водата. Тук горе има въздух, това са молекули на въздуха, може би са азотни молекули. Те са доста раздалечени. В реалността биха била още по-раздалечени. А ето тук са водните молекули. Виждали сме ги много пъти. Виждаме атома на кислорода, който е свързан с два водородни атома, а самият кислороден атом предпочита да придърпва електроните за себе си. Той е по-електроотрицателен, затова имаме частично отрицателен заряд в този край и частично положителен заряд в този край. А привличането между частично положителните и частично отрицателните страни дава на водата чудесните ѝ свойства. Тук има водородни връзки. Това са водородните връзки, които дават на водата полезните ѝ свойства и я запазват в течно състояние при нормална температура и налягане. Нека сега да се замислим за повърхността. Ако погледнем повърхността на водата, тя може да ни се стори напълно гладка. Но ако се приближим и я погледнем на молекулно ниво, ще видим, че се състои от тези молекули. Но съвсем грубо казано, можем да кажем, че това е повърхността на водата. Повърхността на водата. Какво се случва на повърхността? Всички тези молекули си взаимодействат чрез водородни връзки. Да кажем, че тази молекула тук има водородни връзки, които я дърпат нагоре, нагоре към тази, както и връзки, които я дърпат надолу, всъщност те ще я дърпат във всички посоки. И всички молекули имат кинетична енергия и подскачат насам-натам, но се плъзгат една край друга. Водородните връзки осигуряват тази кохезия (свързаност) – молекулите се привличат една друга. Но ако погледнем молекулите на повърхността, ето тези на повърхността, те ще бъдат дърпани надолу, ще бъдат дърпани настрани, но нищо няма да ги дърпа нагоре. И заради това можем да предположим, че те ще бъдат малко по-нагъсто разположени, че ще могат да се доближат до съседните молекули малко повече. И това им позволява да имат по-силна междумолекулна сила на повърхността, отколкото в останалата част. И това е причината за феномен, наречен повърхностно напрежение. Имаме по-силни, по-дълбоки връзки. Говорим само за водородните връзки, но тъй като нищо не дърпа молекулите нагоре към въздуха, те стават по-нагъсто разположени, по-плътно събрани. Това наричаме повърхностно напрежение. Всички сме наблюдавали повърхностно напрежение много, много пъти в живота си. Например във вид на водни капки. Водните капки имат приблизително кръгла форма, защото всички водни молекули на повърхността на водната капка, (а тук повърхността може дори да е в долната част на водната капка) та молекулите са по-привлечени една към друга, отколкото към заобикалящия ги въздух. Затова застават в тази форма. Може да го забележиш, ако отидеш край поток или езеро, където има по-спокойна вода. Ще го направя в синьо. Да кажем, че това е повърхността на водата, ето тук. Сигурно знаеш за насекоми, които успяват да ходят по повърхността на водата. Не мога да рисувам насекоми много добре. Не изглеждат точно така. Но могат да ходят по повърхността на водата. Можеш да го видиш, ако опиташ да поставиш нещо като кламер върху повърхността на водата. Кламерът е по-плътен от водата и е логично да потъне. Но заради повърхностното напрежение, което образува нещо като тънък слой на повърхността на водата, кламерът няма да пробие повърхността и ще плава, освен ако не го натиснеш по-силно, за да пробие повърхността. И след това той ще потъне, което е логично, тъй като е с по-голяма плътност. Можеш да наблюдаваш това, ако вземеш чаша и я напълниш догоре чак до ръба и дори малко по-високо, водата няма веднага да прелее. Няма да прелее веднага. Ако внимаваш, ще можеш да видиш как се е оформила издутина. Това става, защото водните молекули са по-силно привлечени една към друга, отколкото към заобикалящия ги въздух. Така се оформя малка издутина. Ясно е, че ако продължиш да наливаш вода в някакъв момент чашата ще прелее, тъй като гравитацията ще окаже ефект. Гравитацията ще надвие повърхностното напрежение. Но тази издатина ще се оформи. Това повърхностно напрежение е резултат от кохезията на водата. Запомни, кохезията е, когато молекулите са привлечени една от друга. В случая те несъмнено са по-привлечени една към друга, отколкото към околния въздух.