Oberflächenspannung und Seifenblasen

In einem gängigen Experiment kannst du eine Büroklammer aufgrund der starken Oberflächenspannung auf Wasser schwimmen lassen. Schon eine kleine Zugabe von Seife zerstört sofort die Oberflächenspannung und lässt die Büroklammer sinken.

Gleichzeitig neigt reines Wasser dazu, keine stabilen Blasen zu bilden (z. B. mit Luft), Seifenwasser hingegen kann das sehr gut.

Hängt die Stabilität der Seifenblase nicht von der Oberflächenspannung dieser Seifen-Wasser-Mischung ab? Warum sinkt bei einem Experiment die Oberflächenspannung, während sie bei dem anderen zunimmt? Wo ist mein Fehler bei der Lösung dieses Problems?

Es ist interessant festzustellen, dass die Oberflächenspannung nicht die einzige Kraft ist, die hilft, den Clip über Wasser zu halten. Der Clip verdrängt auch Wasser und somit gilt das archimedische Prinzip. Es gibt eine Auftriebskraft. Natürlich ist der Stahl dichter als das Wasser, und so überwiegen die Schwerkraft und die Masse den Auftrieb. Dennoch müssen alle drei Kräfte berücksichtigt werden, um das statische Gleichgewicht und die Position des Clips relativ zur Wasseroberfläche richtig zu modellieren.
„Nur ein klein wenig Seife hinzuzugeben, zerstört sofort die Oberflächenspannung und lässt die Büroklammer sinken.“ Dies weist sofort darauf hin, dass es nicht die Oberflächenspannung ist, die Blasen stabil macht, und dass die hydrophobe Natur von Seifenmolekülen herangezogen werden muss, um die Eigenschaften der Oberfläche zu verändern.

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Oberflächenspannung entsteht, weil sich Wassermoleküle anziehen. Das bedeutet, dass Wasser bevorzugt kompakte Formen mit wenig Oberfläche bildet. Der Schaffung einer großen, ausgedehnten Fläche, wie Sie es in einer Seifenblase tun, steht tatsächlich die Oberflächenspannung entgegen. Aus diesem Grund können Sie mit reinem Wasser keine stabilen Blasen erhalten: Die Blase möchte zu einer kompakten Form zusammenfallen.

Seife ändert die Situation. Seifenmoleküle haben ein Ende, das von Wassermolekülen angezogen wird (das hydrophile Ende); das andere nicht (das hydrophobe Ende). In Wasser versuchen die Seifenmoleküle, sich so anzuordnen, dass sich ihre hydrophilen Enden im Großteil des Wassers befinden, die hydrophoben Enden jedoch an der Wasseroberfläche (oder zusammengeballt, um den Kontakt mit dem Wasser zu minimieren - diese Cluster werden Mizellen genannt). . Dadurch ist es für das Wasser nicht mehr so ​​aufwendig, große Oberflächen zu bilden, denn die hydrophoben Seifenenden sind die Teile, die anstelle des Wassers selbst an der Oberfläche exponiert sind. In einer sehr seifigen Lösung bilden sich leicht Blasen: Sie haben zwei Schichten von Seifenmolekülen, eine innen und eine außen. Dazwischen hält eine Schicht aus sich selbst anziehenden Wassermolekülen die Blase zusammen.

Zur Verdeutlichung, der Grund, warum Wasser keine stabilen Blasen bildet, liegt genau darin, dass es eine so hohe Oberflächenspannung hat, während Seifenwasser (aufgrund der geringeren Oberflächenspannung) die Bildung größerer Oberflächen ermöglicht.
Nicht genau. Jegliche Oberflächenspannung in reinen Flüssigkeiten wird Blasen immer entgegenstehen, weil sie die Oberfläche minimieren möchte. Die Flüssigkeitsmoleküle müssen sich jedoch anziehen, um die Festigkeit der Blasenwände zu gewährleisten. Stabile Blasen erfordern also Flüssigkeiten mit anderen Eigenschaften an der Oberfläche als in der Masse. Seife tut dies, indem sie die Oberfläche mit einer hydrophoben Schicht überzieht.

Warum sinkt bei einem Experiment die Oberflächenspannung, während sie bei dem anderen zunimmt?

Die Oberflächenspannung nimmt in beiden Fällen ab

Wo ist mein Fehler bei der Lösung dieses Problems?

Um eine langlebige Blase zu bilden, benötigen Sie eine niedrigere Oberflächenspannung und etwas, das die Verdunstungsrate reduziert. Die Seife bietet beides. Die hydrophoben Enden der Seifenmoleküle ragen aus der Oberfläche heraus und bieten den Wassermolekülen einen gewissen Schutz.

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