Povrchové napětí: obecné informace a biologický význam

Mezi molekulami kapaliny existují soudržné síly, odlišné pro povrchové a hluboké (vnitřní) vrstvy. Molekuly na povrchové vrstvě získají jednostrannou přitažlivost z hlubokých vrstev a v hlubokých vrstvách síla přitažlivosti mezi molekulami jsou vzájemně vyvážené. Molekuly povrchové vrstvy jsou přitahovány molekulami vzduchu a páry méně, jejich výsledná síla je směrována dolů a povrchová vrstva molekul je tažena hlubokými vrstvami. Povrchové napětí naopak závisí na povaze kapaliny a okrajových médiích, okolní teplotě, přítomnosti nečistot v kapalinách atd.

Aby se zvýšil povrch kapaliny, je třeba udělat nějakou práci namířenou proti silám povrchového napětí. Z hodnoty koeficient povrchového napětí závisí na velikosti kapiček, menisku, velikosti bublin plynů procházejících kapalinou, smáčivosti a nezmáčknutí povrchu kapaliny na povrchu kapaliny apod.

Síla povrchového napětí také závisí na tlaku par nad kapalinou: čím větší je pára, tím menší je vnitřní tlak kapaliny. Pokud je kapalina sousedící se vzduchem, pak molekuly její povrchové vrstvy nejsou téměř vystaveny působení gravitačních sil na straně plynné fáze. V případech, kdy se zvyšuje tlak par nad kapalinou, bude jeho povrchové napětí menší. Takže molekuly povrchové vrstvy nejsou vyvážené, a proto systém na fázovém rozhraní má vždy určitý přebytek volné energie. Za všech stejných podmínek je tento přebytek větší než větší plocha. Podle druhý termodynamický zákon, systém má tendenci snižovat vnitřní energii. Proto je proces snižování rozhraní proces nezávislý. To je důvod, proč kapalina, na kterou působí žádná síla, nevytváří tvar koule, protože takový tvar má pro určitý objem nejmenší povrch.

Hodnota povrchového napětí je ovlivněna uhlovodíkovým zbytkem látky. Tak, vezmeme-li více karboxylových kyselin stejné homologické řady (HCOOH, CH3COOH, S2N5SOON, S3N7SOON), povrchové napětí snižuje jejich karboxylové prodlužování řetězce - 3,2 krát pro každou skupinu CH2.

Přítomnost nečistot různých látek v kapalinách ovlivňuje velikost povrchového napětí. Mnoho látek, zejména organických, snižuje povrchové napětí. Takové sloučeniny se nazývají povrchově aktivní (proteiny, žlučové kyseliny, mýdla, alkoholy, aldehydy, estery, ketony, tanidy atd.). Látky, jejichž přítomnost významně neovlivňuje povrchové napětí, se nazývají povrchově neaktivní (fruktóza, glukóza, škrob atd.). Snížení povrchového napětí je velice důležité v procesech absorpce tekutých živin epitelem střevní sliznice. Tuky a jiné lipidy vstupují do potravinového kanálu ve formě kapek. Tyto kapky jsou emulgovány žlučí v tenkém střevě a poté jsou přístupné pro hydrolytické štěpení lipázou a jinými lipolytickými enzymy. Přidání surfaktantů do kapalin zvyšuje jejich schopnost namočit povrch, který má být ošetřen. Při použití insekticidů se často přidávají mýdla, které jim umožňují dobrý kontakt s povrchem hmyzu a mají insekticidní účinek.

Povrchové napětí kapaliny: metody jeho stanovení

Existuje řada metod pro určení povrchového napětí: stalagmometrický, výška vzestupu kapaliny v kapiláru, největší tlak v bublině a oddělení prstence.

Nejčastěji se používá stalagmometrická metoda založená na použití speciálního nástroje - stalagmometru. Jedná se o kapilární trubici s horní a dolní značkou a prodloužením. Stádagometr shromažďuje vodu k značce, po níž se uvolní a počítá se počet kapek. Poté se stejná věc provádí s testovanou kapalinou. Při působení sil povrchového napětí dochází k odvádění kapaliny a vody ve formě kulovitých kapiček.

Povrchové napětí v životě organismů

Povrchové napětí je jedním z faktorů určujících tvar buňky a jeho částí. Buňka je elementární částice živé hmoty, ze které spočívá lidský, živočišný a rostlinný organismus. U buněk, které mají silný a tvrdý povrch (rostliny, mikroorganismy), je hodnota povrchového napětí malá. Většina buněk v těle zvířete má tvar, který je téměř kulovitý. Nízké povrchové napětí umožňuje, aby byly buňky snadno izolovány od sebe. Forma buňky přichycené na jiné buňky, nebo se substrát, závisí na dalších faktorech, - cytoskeletu vytvořen membránový komplex, kontaktní struktury, atd. Různé typy buněk (například leukocyty a vejce) pro uvolnění z působení povrchového napětí stává kulovitý tvar a ztrácejí účinnost. . Místní změny povrchového napětí hraje důležitou roli při vnímání a přenos nervových impulsů v fagocytózu pinocytózou, gastrulation pohybu améboidním, a to zejména v propustnosti buněčných membrán.