Поверхневий натяг: загальні відомості та біологічне значення
Між молекулами рідини існують сили зчеплення, різні для поверхневих і глибинних (внутрішніх) шарів. Молекули, що знаходяться на поверхневому шарі, отримують одностороннє тяжіння з боку глибинних шарів, а в глибинних шарах сили тяжіння між молекулами взаємно врівноважуються. Молекули поверхневого шару притягуються молекулами повітря і пари менше, їх рівнодіюча сила спрямована вниз, і поверхневий шар молекул як би втягується глибинними шарами. Поверхневий натяг у свою чергу залежить від природи рідини і граничних середовищ, навколишньої температури, наявності в рідинах домішок і т. Д.
Щоб збільшити поверхню рідини, слід виконати певну роботу, спрямовану проти сил поверхневого натягу. Від значення коефіцієнта поверхневого натягу залежить розмір крапель, меніск, величина бульбашок газу, що проходить через рідину, смачиваемость і незмочуваність рідиною поверхні твердого тіла та ін.
Сила поверхневого натягу також залежить від тиску пари над рідиною: чим більше пари, тим менше величина внутрішнього тиску рідини. Якщо рідина межує з повітрям, то молекули її поверхневого шару майже не піддаються силам тяжіння з боку газоподібної фази. У тих випадках, коли тиск пари над рідиною зростає, її поверхневий натяг буде меншим. Таким чином, молекули поверхневого шару не врівноважені, а тому система на поверхні розділу фаз завжди має певний надлишок вільної енергії. При всіх інших однакових умовах цей надлишок тим більше, чим більша поверхня. Згідно з другим законом термодинаміки, система прагне зменшити внутрішню енергію. Тому процес зменшення поверхні розділу є процесом самостійним. Саме тому рідина, на яку не діють ніякі сили, утворює форму кулі, оскільки така форма при певному обсязі має найменшу поверхню.
На величину поверхневого натягу впливає і величина вуглеводневої радикала речовини. Так, якщо взяти кілька карбонових кислот одного і того ж гомологічного ряду (НСООН, СН3СООН, С2Н5СООН, С3Н7СООН), то поверхневий натяг їх зменшується в міру подовження карбонової ланцюга - в 3,2 рази на кожну групу СН2.
Наявність домішок різних речовин в рідинах впливає на величину поверхневого натягу. Багато речовин, головним чином органічні, знижують поверхневий натяг. Такі сполуки називаються поверхнево-активними (білки, жовчні кислоти, мила, спирти, альдегіди, складні ефіри, кетони, танніди та ін.). Речовини, наявність яких істотно не впливає на поверхневий натяг, називаються поверхнево-інактивність (фруктоза, глюкоза, крохмаль та ін.). Зменшення поверхневого натягу має велике значення в процесах всмоктування рідких поживних речовин епітелієм слизової оболонки кишок. Так, жири та інші ліпіди в харчовій канал надходять у вигляді крапель. Ці краплі емульгуючі жовчю в тонкій кишці і після цього стають доступними для гідролітичного розщеплювання липазой та іншими липолитическими ферментами. Додавання до рідин поверхнево-активних речовин збільшує їх здатність змочувати оброблювану поверхню. При використанні інсектицидів часто додаються мила, що дозволяє їм добре контактувати з поверхнею тіла комах і надавати інсектицидну дію.
Поверхневий натяг рідини: методи його визначення
Існує ряд методів визначення поверхневого натягу: сталагмометріческій, по висоті підняття рідини в капілярі, найбільшого тиску в бульбашках, по відриву кільця.
Найчастіше використовується сталагмометріческій метод, заснований на використанні особливого приладу - сталагмометра. Він являє собою капілярну трубку з верхньої та нижньої мітками і розширенням. У сталагмометра набирається вода до мітки, після чого вона випускається і підраховується число крапель. Після чого теж саме проробляється і з досліджуваної рідиною. При дії сил поверхневого натягу випливає рідина і вода приймають вид кулястих крапель.
Поверхневий натяг в житті організмів
Поверхневий натяг є одним з факторів, що визначають форму клітини та її частин. Клітина - елементарна частинка живої матерії, з якої складається організм людини, тварин і рослин. Для клітин, у яких міцна і жорстка поверхня (рослини, мікроорганізми), значення поверхневого натягу невелика. Більшість клітин організму тварини має форму, близьку до сферичної. Мале поверхневий натяг дозволяє клітинам легко ізолюватися одна від одної. Форма клітин, прикріплених до інших клітин або до субстрату, залежить від інших факторів - їх цитоскелету, утвореного комплексом мембран, контактних структур та ін. Окремі види клітин (наприклад, лейкоцити і яйцеклітини) при звільненні від дії поверхневого натягу набувають форму кулі і втрачають активність . Локальних змін поверхневого натягу належить важлива роль у процесах сприйняття і передачі нервових імпульсів, у фагоцитозі, пиноцитоз, гаструляціі, амебоідному руху і, особливо, в проникності клітинних мембран.