簡単に言えば、表面張力とは、液体の分子が液体の表面で、液体の上の空気よりも互いに引き寄せられる傾向のことです。
あなたのお気に入りのバーテンダーが 1 パイントを注いでいて、あなたが一杯のグラスを持っていることを確認したいと想像してみてください。彼女があなたにそれをスライドさせると、まるでビールが上から出てくるように見えます.パイントの高さまで体を下げると、案の定… グラスの縁より高く上昇しているように見える小さなビールの膨らみがあります。
おそらくこれがその夜の最後の飲み物になるだろうと考えて、あなたはそれを振り払いますが、実際には、表面張力が作用しているのを目撃しただけです.表面張力は、多くの人が聞いたことがある液体物質の神秘的で魅力的な側面ですが、完全には理解していない可能性があります。この驚くべき自然現象を最初から詳しく見ていきましょう。
表面張力とは?
簡単に言えば、表面張力とは、液体の分子が、液体の上の空気よりも液体の表面で互いに引き寄せられる傾向のことです。このように分子同士が互いに引き合う力は、分子間力として知られています。あらゆる液体物質では、分子は常にランダムな動きをしており、常に再配置されています。液体の中で、すべての分子は他の分子によってあらゆる方向に引っ張られています。しかし、液体の上に空気しかない表面では、分子はその横と下の分子によってそれぞれ横方向と下方向に引っ張られるだけです。
（写真提供：magnetix/Shutterstock）
表面レベルの分子に対するこの下向きの引っ張りにより、それらは互いにより緊密に引き寄せられ、より安定した整列した配置に圧縮されます.この表面分子のより緊密な列は、液体の表面に弾性膜のようなものを形成します。以下のより無秩序な分子配置とは異なり、分子はより緊密に配置され、スムーズに並んでいます。
この「弾性膜」の強度は、液体の種類によって異なります。たとえば、水は非常に高い表面張力を持っています。これは、水 (H2O) の 2 つの化学成分である酸素と水素が、それぞれ部分的に負と正の電荷を持っているため、周囲の他のすべての水分子に引き付けられるためです。水素結合は非常に強いことで知られているため、水は他の液体よりも表面に保持されやすく、驚くほど壊れにくいシールドを形成します。
表面張力が重要な理由
液体のこの性質は確かに興味深いものですが、私たちの日常生活ではそれほど大きな役割を果たしているようには見えませんが、それはあなたが間違っているところです.完全に丸い水滴がスローモーションで落下する動画 (表面張力のもう 1 つの例) や、アメンボが湖の表面をすくいながら毎秒 2 メートルの速さで蹴っている動画を見る以外に、なぜ表面張力が重要なのですか?
アメンボ。 (写真提供:Jan Miko/Shutterstock)
特定の業界では、表面張力は製品の汚染のより簡単な測定基準です。表面張力は分子レベルで決まるため、液体の成分、界面活性剤、燃料、または液体中の化合物が変化すると、表面張力が変化します。完全に純粋な組成の表面張力がわかっている場合、それからの変動により、ある程度の汚染が明らかになります。これは表面張力の抽象的な応用のように思えるかもしれませんが、最も単純なことでさえ科学に最大の影響を与えることができることを示しています.興味深いことに、表面張力に対する不純物の影響は、アグネス・ポッケルス (物理学に魅了されたが、教育を受ける機会を否定された女性) によって、キッチンで皿洗いをしているときに最初に発見されました!
前述のように、アメンボは、水面に落ちることなく水面を移動できる数少ない生き物の 1 つであり、表面張力が重要です。この現象は、アメンボの足が「濡れない」ためです。空気を捕らえ、本質的に水面を壊すことなく押し下げます。また、毛はアメンボの表面積を増やします。つまり、水面にかかる力が少なくなります。繊細な力と理想的な適応力の驚異的な組み合わせです。
しかし、最も重要なことは、ほとんどの人が気付いていないことですが、葉や種子から分子やタンパク質に至るまで、表面張力によって物が浮きます。微視的なスケールに落とし込むと、あらゆる水域の表面は非常に活発で、水分子の表面張力によって支えられています。私たちの生態系は、表面張力の作用なしには生き残ることも発展することさえできず、水の組成そのものが不安定になり、常に気体状態に出入りすることになります.はい、信じられないかもしれませんが、生命がこれほど長く生き延びてきたのは、表面張力が唯一の理由かもしれません!
最後の言葉
表面張力は、日常生活で概念化したり評価したりするのが難しい科学の世界の詳細の 1 つですが、実際には、私たちが知っているすべての生命を支えています。表面張力は生態系の繁栄を可能にし、種子や分子が浮遊することを可能にし、ほとんどの人が見落としている方法ではありますが、多くの生命を動かします.また、一滴一滴の水がどれほど複雑で驚くべきものであるかを思い出させてくれます。次にシャボン玉を吹いたり、葉の先から水玉を丸呑みしたりするとき、これらの小さな奇跡を可能にしているのは表面張力だけだということを思い出してください!
