Επιφανειακή τάση

Διάγραμμα των δυνάμεων συνοχής σε μόρια υγρού.

Επιφανειακή τάση είναι η τάση που έχουν υδάτινες επιφάνειες σε ηρεμία να συρρικνώνονται στη μικρότερη δυνατή επιφάνεια. Η επιφανειακή τάση είναι αυτό που επιτρέπει αντικείμενα με μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό όπως ξυραφάκια και έντομα να επιπλέουν στην επιφάνεια του νερού χωρίς να βυθίζονται ούτε μερικώς.

Στην επαφή νερού-αέρα, η επιφανειακή τάση προκύπτει από τη μεγαλύτερη έλξη των μορίων του υγρού μεταξύ τους (λόγω της συνοχής) απ’ ό, τι τα μόρια του αέρα (λόγω της συνάφειας)^[1].

Υπάρχουν δύο κύριοι μηχανισμοί που λαμβάνουν χώρα. Ο ένας είναι η προς τα έσω δύναμη στα μόρια του υγρού που έχει ως αποτέλεσμα να συστέλλεται το υγρό^[2]^[3]. Ο δεύτερος είναι η εφαπτόμενη δύναμη παράλληλη με την επιφάνεια του υγρού^[3]. Αυτή η παράλληλη δύναμη γενικά αναφέρεται ως η επιφανειακή τάση.

Λόγω της σχετικά υψηλής έλξης των μορίων του νερού μεταξύ τους μέσω ενός «ιστού» δεσμών υδρογόνου, το νερό έχει μεγαλύτερη σχετικά επιφανειακή τάση (72,8 μιλινιούτον (mN) ανά μέτρο στους 20°C) από τα περισσότερα υγρά. Η επιφανειακή τάση είναι ένας σημαντικός παράγοντας του τριχοειδούς φαινομένου (ή τριχοειδής δράση).

Φαινόμενα

Αρκετά φαινόμενα της καθημερινότητας σχετίζονται με την υψηλή επιφανειακή τάση του νερού. Μερικά παραδείγματα είναι:

Σχηματισμός σταγόνων βροχής πάνω σε κηρώδη επιφάνεια, όπως ένα φύλλο. Το νερό προσκολλάται αδύναμα στο κερί και ισχυρά στον εαυτό του, με αποτέλεσμα να συγκεντρώνεται σε σταγόνες. Η επιφανειακή τάση τους δίνει το σχεδόν σφαιρικό τους σχήμα, καθώς η σφαίρα έχει τη μικρότερη δυνατή αναλογία επιφάνειας προς όγκο.
Σχηματισμός σταγόνων πχ. από βρύση. Αρχικά το νερό προσκολλάται στη βρύση και αυξάνει βαθμιαία σε μάζα και όγκο μέχρι το σημείο όπου η επιφανειακή τάση δεν μπορεί πλέον να το συγκρατήσει. Τότε αποχωρίζεται και η επιφανειακή τάση το διαμορφώνει σε σφαίρα, που λόγω βαρύτητας πέφτει ως σταγόνα
Πλεύση αντικειμένων πυκνότερων από το νερό. Αν το αντικείμενο (πχ. ένας συνδετήρας ή ένα έντομο) δεν είναι βρεγμένο και το βάρος του είναι αρκετά μικρό, τότε αυτό μπορεί να στηρίζεται από τις δυνάμεις της επιφανειακής τάσης.
Καμπύλωση της επιφάνειας του νερού σε ποτήρι, χωρίς να παρατηρείται υπερχείλιση. Τοποθετώντας μικρά αντικείμενα (πχ. φασόλια) μέσα σε ποτήρι που είναι γεμάτο μέχρι το χείλος του με νερό, παρατηρούμε ότι το νερό δεν ξεχειλίζει, καθώς η επιφανειακή τάση το συγκρατεί δημιουργώντας καμπύλη επιφάνεια.
Τα «δάκρυα του κρασιού», ο σχηματισμός δηλαδή σταγόνων και ρυακιών στα τοιχώματα ποτηριού που περιέχει αλκοολούχο ποτό. Προκαλείται από πολύπλοκη αλληλεπίδραση ανάμεσα στις διαφορετικές επιφανειακές τάσεις του νερού και της αιθανόλης· οφείλεται στον συνδυασμό της τροποποίησης της επιφανειακής τάσης του νερού από την αιθανόλη και στο γεγονός ότι η αιθανόλη εξατμίζεται ταχύτερα από το νερό.