भूतल तनाव: कारण, उदाहरण, अनुप्रयोग और प्रयोग - रसायन विज्ञान - 2025

सतह तनाव एक भौतिक संपत्ति सभी तरल पदार्थ होने और प्रतिरोध की विशेषता है करने के लिए उनके सतहों अपने क्षेत्र में किसी भी वृद्धि का विरोध है। यह कहावत के समान है कि सतह सबसे छोटे संभावित क्षेत्र की तलाश करेगी। यह घटना कई रासायनिक अवधारणाओं को समेटती है, जैसे सामंजस्य, आसंजन और अंतर्वैयक्तिक बल।

सतही तनाव ट्यूबलर कंटेनर (स्नातक किए गए सिलेंडर, कॉलम, परीक्षण ट्यूब, आदि) में तरल पदार्थ की सतह वक्रता के गठन के लिए जिम्मेदार है। ये अवतल (घाटी के आकार में घुमावदार) या उत्तल (गुंबद के आकार में घुमावदार) हो सकते हैं। कई भौतिक घटनाओं को उन परिवर्तनों पर विचार करके समझाया जा सकता है जो एक तरल के सतह तनाव से गुजरते हैं।

पत्तों पर पानी की बूंदें जो गोलाकार आकार लेती हैं, वे उनकी सतह के तनाव के कारण होती हैं। स्रोत: फ़्लिकर उपयोगकर्ता द्वारा ली गई तस्वीर tanakawho

इन घटनाओं में से एक तरल अणुओं की बूंदों के रूप में एकत्र होने की प्रवृत्ति है, जब वे सतहों पर आराम करते हैं जो उन्हें पीछे हटाते हैं। उदाहरण के लिए, पानी की बूँदें जो हमें पत्तियों के ऊपर दिखाई देती हैं, वे इसकी मोमी, हाइड्रोफोबिक सतह के कारण इसे गीला नहीं कर सकती हैं।

हालांकि, एक समय आता है जब गुरुत्वाकर्षण अपनी भूमिका निभाता है और बूंद पानी के स्तंभ की तरह फैल जाती है। थर्मामीटर से छिटकने पर पारे की गोलाकार बूंदों में भी ऐसी ही घटना होती है।

दूसरी ओर, पानी का सतही तनाव सबसे महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह कोशिकाओं और उनके लिपिड झिल्ली जैसे जलीय मीडिया में सूक्ष्म शरीर की स्थिति में योगदान देता है और व्यवस्थित करता है। इसके अलावा, यह तनाव इस तथ्य के लिए जिम्मेदार है कि पानी धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है, और कुछ शरीर इसकी सतह पर तैर सकते हैं।

सतह तनाव के कारण

सतह के तनाव की घटना की व्याख्या आणविक स्तर पर है। एक तरल पदार्थ के अणु आपस में एक दूसरे से इस तरह से संपर्क करते हैं कि वे अपने अनियमित आंदोलनों में एकजुट होते हैं। एक अणु अपने पड़ोसियों के साथ इसके बगल में या इसके ऊपर या नीचे के लोगों के साथ बातचीत करता है।

हालांकि, तरल की सतह पर अणुओं के साथ ऐसा नहीं होता है, जो हवा (या किसी अन्य गैस), या एक ठोस के संपर्क में हैं। सतह पर अणु बाहरी वातावरण के साथ सामंजस्य नहीं कर सकते।

नतीजतन, वे किसी भी ताकत का अनुभव नहीं करते हैं जो उन्हें ऊपर की ओर खींचती है; केवल तरल माध्यम में अपने पड़ोसियों से नीचे की ओर। इस असंतुलन का मुकाबला करने के लिए, सतह पर अणुओं को "निचोड़" दिया जाता है, केवल तभी वे उस बल को पार कर सकते हैं जो उन्हें नीचे धकेलता है।

एक सतह तब बनाई जाती है जहां अणु अधिक तना हुआ व्यवस्था में होते हैं। यदि कोई कण तरल में घुसना चाहता है, तो उसे पहले इस आणविक अवरोध को पार करने के लिए आनुपातिक तनाव को कहा जाना चाहिए। यह एक कण पर लागू होता है जो तरल की गहराई से बाहरी वातावरण में भागना चाहता है।

इसलिए, इसकी सतह ऐसा व्यवहार करती है मानो यह एक लोचदार फिल्म थी जो विरूपण के प्रतिरोध को दिखाती है।

इकाइयों

सतह तनाव को आमतौर पर प्रतीक by द्वारा दर्शाया जाता है, और एन / एम की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, बल की लंबाई। हालाँकि, अधिकांश समय इसकी इकाई dyn / cm है। निम्नलिखित रूपांतरण कारक द्वारा एक को दूसरे में बदला जा सकता है:

1 डायन / सेमी = 0.001 एन / एम

पानी का सतही तनाव

पानी सभी तरल पदार्थों में सबसे दुर्लभ और अद्भुत है। इसकी सतह के तनाव, साथ ही इसके कई गुण असामान्य रूप से उच्च हैं: कमरे के तापमान पर 72 dyn / cm। 0 ºC के तापमान पर यह मान 75.64 dyn / cm तक बढ़ सकता है; या घटकर 58.85,C, 100.C के तापमान पर।

इन अवलोकनों से समझ में आता है जब आप मानते हैं कि आणविक अवरोध तापमान के और भी अधिक कड़ा हो जाता है, या क्वथनांक के आसपास "शिथिलता" कुछ अधिक होता है।

हाइड्रोजन बंधों के कारण पानी की उच्च सतह तनाव है। यदि ये अपने आप में तरल के भीतर ध्यान देने योग्य हैं, तो वे सतह पर और भी अधिक हैं। पानी के अणु दृढ़ता से उलझे हुए हैं, जिससे एच ₂ ओ-एचओएच प्रकार के द्विध्रुवीय-द्विध्रुवीय अंतःक्रियाएं बनती हैं ।

पानी के अणु एक दूसरे से आकर्षित होते हैं; हाइड्रोजन बॉन्ड द्वारा जुड़े हुए हैं

ऐसी उनकी अंतःक्रिया की क्षमता है कि जलीय आणविक अवरोध भी डूबने से पहले कुछ निकायों का समर्थन कर सकते हैं। अनुप्रयोगों और प्रयोगों के वर्गों में हम इस बिंदु पर लौटेंगे।

अन्य उदाहरण

सभी तरल पदार्थ सतह के तनाव को पेश करते हैं, या तो पानी की तुलना में कम या अधिक डिग्री तक, या चाहे वे शुद्ध पदार्थ या समाधान हों। इसकी सतहों के आणविक अवरोध कितने मज़बूत और तनावपूर्ण हैं, यह सीधे उनके अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं, साथ ही साथ संरचनात्मक और ऊर्जावान कारकों पर निर्भर करेगा।

गाढ़ा गैसों

उदाहरण के लिए, तरल अवस्था में गैसों के अणु केवल एक-दूसरे के साथ लंदन फैलाने वाली ताकतों के माध्यम से बातचीत करते हैं। यह इस तथ्य के अनुरूप है कि उनकी सतह के तनावों का मान कम है:

-लाइड हीलियम, 0.37 डीएन / सेमी -273 º सी

-लाइड नाइट्रोजन, 8.85 डायन / सेमी -196 rogenC

-Lidid ऑक्सीजन, 13.2 dyn / cm -182,C पर

तरल ऑक्सीजन की सतह का तनाव हीलियम की तुलना में अधिक है क्योंकि इसके अणुओं में अधिक द्रव्यमान होता है।

अपोलर तरल पदार्थ

गैर-ध्रुवीय और जैविक तरल पदार्थ से इन संघनित गैसों की तुलना में उच्च सतह तनाव होने की संभावना है। उनमें से कुछ हमारे पास निम्नलिखित हैं:

-डिल्टर, 20.C पर 17 डीआईएन / सेमी

- एन-हेक्सेन, 20 डिग्री सेल्सियस पर 18.40 डायन / सेमी

- एन-ऑक्टेन, 20 डिग्री सेल्सियस पर 21.80 डीआईएन / सेमी

-टोल्यूने, 25.7C पर 27.73 dyn / सेमी

इन तरल पदार्थों के लिए एक समान प्रवृत्ति देखी गई है: उनके आणविक द्रव्यमान बढ़ने के साथ सतह तनाव बढ़ता है। हालांकि, n -octane में इसलिए उच्चतम सतह तनाव होना चाहिए और टोल्यूनि नहीं। यहाँ आणविक संरचनाएँ और ज्यामितियाँ खेल में आती हैं।

टोल्यूनि के अणु, सपाट और वलय के आकार के, एन -क्टेन की तुलना में अधिक प्रभावी बातचीत करते हैं। इसलिए, टोल्यूनि की सतह n -octane की सतह की तुलना में "तंग" है।

ध्रुवीय तरल पदार्थ

चूंकि एक ध्रुवीय तरल के अणुओं के बीच मजबूत द्विध्रुव-द्विध्रुवीय अंतःक्रियाएं होती हैं, उनकी प्रवृत्ति उच्च सतह तनावों को दिखाने के लिए होती है। पर यह मामला हमेशा नहीं होता। हमारे पास कुछ उदाहरण हैं:

-एसेटिक एसिड, 20। सी पर 27.60 डायन / सेमी

-एसीटोन, 20.C पर 23.70 dyn / सेमी

-बाढ़, 55.89 dyn / सेमी 22.8C पर

-थेनॉल, 20.2C पर 22.27 dyn / सेमी

-ग्लिसरॉल, 20.C पर 63 dyn / सेमी

-संचालित सोडियम क्लोराइड, 650.C पर 163 डायन / सेमी

- 6 एम NaCl समाधान, 82.55 dyn / सेमी 20 solutionC पर

पिघला हुआ सोडियम क्लोराइड से भारी सतह तनाव होने की उम्मीद है - यह एक चिपचिपा, आयनिक तरल है।

दूसरी ओर, पारा उच्चतम सतह तनाव के साथ तरल पदार्थों में से एक है: 487 डायन / सेमी। इसमें, इसकी सतह दृढ़ता से मजबूत पारा परमाणुओं से बना है, पानी के अणुओं की तुलना में बहुत अधिक हो सकता है।

अनुप्रयोग

कुछ कीड़े पानी की सतह के तनाव का उपयोग करते हैं जो उस पर चलने में सक्षम होते हैं। स्रोत: पिक्साबे

अकेले सतह तनाव का कोई अनुप्रयोग नहीं है। हालांकि, इसका मतलब यह नहीं है कि यह विभिन्न दैनिक घटनाओं में शामिल नहीं है, जो कि अगर वे मौजूद नहीं होते, तो नहीं होते।

उदाहरण के लिए, मच्छर और अन्य कीड़े पानी से चलने में सक्षम हैं। इसका कारण यह है कि उनके हाइड्रोफोबिक पैर पानी को पीछे छोड़ते हैं, जबकि उनका कम द्रव्यमान उन्हें नदी, झील, तालाब आदि के तल तक गिरने के बिना आणविक अवरोध पर रहने की अनुमति देता है।

सतह तनाव भी तरल पदार्थ की wettability में एक भूमिका निभाता है। इसकी सतह का तनाव जितना अधिक होगा, सामग्री में छिद्रों या दरारों के माध्यम से रिसाव करने की इसकी प्रवृत्ति कम होगी। इसके अलावा, वे सतहों की सफाई के लिए बहुत उपयोगी तरल नहीं हैं।

डिटर्जेंट

यह यहां है जहां डिटर्जेंट कार्य करते हैं, पानी की सतह के तनाव को कम करते हैं, और बड़ी सतहों को कवर करने में मदद करते हैं; अपनी घटती कार्रवाई में सुधार करते हुए। इसकी सतह के तनाव को कम करके, यह हवा के अणुओं के लिए जगह बनाता है, जिसके साथ यह बुलबुले बनाता है।

इमल्शन

दूसरी ओर, निचले उच्च तनाव इमल्शन के स्थिरीकरण से जुड़े होते हैं, जो उत्पादों की एक अलग श्रेणी के निर्माण में बहुत महत्वपूर्ण होते हैं।

सरल प्रयोग

पानी की सतह के तनाव के कारण धातु की क्लिप तैरती है। स्रोत: अल्वेसगास्पर

अंत में, कुछ प्रयोगों को किसी भी घरेलू स्थान में किया जा सकता है।

क्लिप प्रयोग

ठंडे पानी के साथ एक गिलास में इसकी सतह पर एक धातु क्लिप रखी जाती है। जैसा कि ऊपर की छवि में देखा गया है, क्लिप पानी की सतह के तनाव के लिए धन्यवाद बना रहेगा। लेकिन अगर कांच में थोड़ा लावा चीन डाला जाता है, तो सतह तनाव नाटकीय रूप से कम हो जाएगा और कागज क्लिप अचानक डूब जाएगी।

कागज की नाव

यदि सतह पर हमारे पास एक कागज की नाव या एक लकड़ी का फूस है, और अगर डिशवॉशर या डिटर्जेंट को एक स्वैब के सिर में जोड़ा जाता है, तो एक दिलचस्प घटना घटित होगी: एक प्रतिकर्षण होगा जो उन्हें कांच के किनारों की ओर प्रचारित करेगा। पेपर बोट और लकड़ी के फूस डिटर्जेंट-स्मियर किए गए स्वाब से दूर चले जाएंगे।

एक और समान और अधिक ग्राफिक प्रयोग में एक ही ऑपरेशन को दोहराना शामिल है, लेकिन काली मिर्च के साथ छिड़के पानी की एक बाल्टी में। काली मिर्च के कण बह जाएंगे और सतह काली मिर्च से ढंके क्रिस्टल में बदल जाएगी, किनारों पर काली मिर्च के साथ।

संदर्भ

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