Структура рідини. Поверхневий натяг

Гетерогенна система, що є чистою рідиною, яка контактує з іншим сере-довищем, наприклад, з її власною парою, характеризується тим, що рідина на поверхні знаходиться в особливих умовах порівняно з рештою маси рідини (рис. 30).

Кожна молекула у внутрішніх шарах рідини підлягає однаковій дії інших молекул, які ото-чують її з усіх сторін. Тому сили молекулярної взаємодії тут врівноважуються. Якщо ж молеку-ла рідини знаходиться у поверхневому шарі на межі з газом, тоді взаємодія цієї молекули з мо-лекулами газу набагато менша, ніж з молекула-ми рідини.

Рис. 30. Схема дії міжмо-лекулярних сил всередині рідини і на її поверхні: 1 – газ; 2 – рідина

У результаті цього молекули на межі з газом намагаються втягнутися всередину рідини, а це означає, що поверхня розподілу рідина – газ прагне до зменшення. Цей процес обумовлений відомим термодинамічним прагненням вільної енергії до зменшення. Найбільш яскравим проявом цього процесу слугує кулеподібна форма окремої краплі рідини; відомо, що куля із усіх геометричних фігур даного об’єму має мінімальну поверхню.

Отже, якщо відомо, що молекули із поверхні розділу самовільно прагнуть всередину, то зрозуміло, що зворотний процес – переміщення молекули із об’єму на поверню – потребує затрат енергії. Збільшення поверхні рідини потребує затрат енергії F, яка дорівнює роботі s _i, що необхідна для переміщення однієї молекули із об’єму на поверхню, помноженій на число переміщених молекул n:

F = n s i .

(68)

Якщо робота проводиться в рівноважних ізотермічних умовах, то величина F, яка входить до цього рівняння, називається вільною поверхневою енергією. Поверхнева енергія, яка віднесена до одиниці поверхні, називається поверхневим натягом :

s = F / S,

(69)

де s – поверхневий натяг, Дж/м²; F – поверхнева енергія; S – площа поверхні.

Природні води

Вода вкриває близько 3/4 поверхні нашої планети. Вона в природі зустрі-чається у дуже великій кількості у трьох агрегатних станах: у вигляді пари (в атмосфері); у рідкому стані (води річок, озер, морів та океанів); у твердому стані (лід та сніг на вершинах високих гір та полярних широтах, полюсах); ґрунтові води (у ґрунтах на різній глибині); кристалізаційна вода (у складі кристалів та мінералів); у рослинних та тваринних організмах. Найчистішою природною водою є дощова вода. У незначній мірі вона містить у собі розчинені гази та речовини, які утворюються в атмосфері при дії грозових розрядів – О₂, N₂, СО₂ і навіть нітроген оксиди, які утворюються при взаємодії азоту з киснем при грозових розрядах. Над промисловими районами дощова вода може містити і сульфур оксиди, які утворюються при спалюванні вугілля на теплових електростанціях, котельнях, промисловий пил, що виділяється при роботі металургійних комплексів та хімічних підприємств. Попадаючи на ґрунт, дощова вода просочується через нього разом із розчиненими мінералами ґрунту та тими речовинами, які взаємодіють із розчином карбонатної кислоти (результат розчинення карбон(IV) оксиду у воді).

Природні води містять у собі домішки тих мінералів, з якими вода вступає у контакт. Як правило, це натрій-, кальцій-, магній хлориди, сульфати, кар-бонати та гідрогенкарбонати та ін. Солі калію зустрічаються рідше, бо Калій знаходиться у ґрунті у вигляді менш розчинних у воді мінералів.

Окрім солей і газів, у природній воді є гумусові речовини – органічні спо-луки, продукти розкладу рослинних і тваринних тканин.

Склад мінеральних вод, які знаходяться на великій глибині під землею, залежить від мінералів даної місцевості. Морська вода містить у собі переважно натрій хлорид (близько 2, 9%) та калій хлорид (у кількості < 0, 1%). Вода оке-анів містить близько 3, 6% солей, переважну кількість з яких складає натрій хлорид. Вміст солей у морській воді залежить від багатоводності річок, які в них впадають, і коливається в межах від 0, 5 до 3, 9%. Наприклад: вміст солей у Середземному морі – 3, 5%, у Чорному – 1, 8, у Балтійському – 0, 5%.

У вологому повітрі усі речовини більш або менш міцно утримують воду своєю поверхнею або порами. Таку воду називають гігроскопічною, вона не пов’язана  з речовинами хімічно.

Зв ’ язана вода значною мірою позбавлена тієї рухливості, яка властива звичайній воді. Багато білкових драглів при вмісті дуже малої кількості сухої речовини мають напівтвердий характер і здатні зберігати свою форму. Так, медузи, тіло яких містить лише 1% сухої речовини і близько 99% води, усе ж таки зберігають і форму і достатню життєву стійкість.

Вважається встановленим, що одна із причин старіння організму криється у втраті здатності його тканин утримувати зв’язану воду на нормальному рівні. Як правило, молоді організми містять значно більше зв’язаної води, ніж старі.

Особливий вид старіння, наприклад, спостерігається у процесі черствіння хліба. У свіжому пшеничному борошні зв’язаної води міститься приблизно 44% від її загального вмісту, в тісті кількість її досягає вже 53%, а в свіжовипеченому хлібі – 83%. Але вже через п’ять діб у хлібі залишається 67% зв’язаної води. Таким чином, процес черствіння хліба обумовлений втратою води і є, по суті, незворотним процесом старіння. Ось чому намагання зберегти хліб свіжим шляхом зберігання його в герметичній упаковці, наприклад, у целофанових пакетах не дає позитивних результатів.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: