Лабораторный опыт №20, страница 133 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

Лабораторный опыт № 20. Исследование поверхностного натяжения воды

Осторожно положите на поверхность воды небольшую швейную иголку. (Если один конец иглы расположить под наклоном, она окажется на дне. Выньте её из воды, вытрите насухо и повторите опыт.)

Проделайте аналогичные действия, используя воду, в которой предварительно растворили немного стирального порошка.

Почему тяжёлая иголка не тонет в воде в первом случае, а во втором — тонет? Вспомните из курса физики, что такое поверхностное натяжение. Как влияет стиральный порошок на поверхностное натяжение воды?

Почему тяжёлая иголка не тонет в воде в первом случае, а во втором — тонет? Вспомните из курса физики, что такое поверхностное натяжение.

Плотность стали, из которой сделана иголка, значительно больше плотности воды. Поэтому, если полностью погрузить иголку в воду, она утонет под действием силы тяжести, так как выталкивающая сила Архимеда будет меньше силы тяжести.

Однако в первом опыте, когда иголку аккуратно кладут на поверхность чистой воды, она не тонет. Это происходит благодаря явлению поверхностного натяжения. На границе раздела жидкости (воды) и газа (воздуха) молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам газа. В результате этого на поверхности жидкости возникает своего рода невидимая упругая плёнка. Эта плёнка стремится сократить свою площадь и обладает определённой прочностью.

Когда иголка лежит на поверхности, она прогибает эту плёнку. Сила поверхностного натяжения $F_{ст}$ действует вдоль поверхности плёнки и направлена вверх под некоторым углом. Вертикальная составляющая этой силы уравновешивает силу тяжести $F_g = mg$, действующую на иголку. Пока сила тяжести иголки не превышает максимальную удерживающую силу поверхностного натяжения, иголка будет плавать на поверхности.

Во втором случае в воду добавляют стиральный порошок. Как будет объяснено ниже, порошок уменьшает поверхностное натяжение воды. Сила $F_{ст}$ становится слишком слабой, чтобы скомпенсировать силу тяжести $F_g$. Поверхностная плёнка рвётся под весом иголки, и она тонет.

Ответ: В первом случае иголка не тонет, так как её удерживает на плаву сила поверхностного натяжения воды, создающая на её поверхности упругую плёнку. Во втором случае стиральный порошок ослабляет эту силу, и она становится недостаточной, чтобы удержать вес иголки, поэтому иголка тонет.

Как влияет стиральный порошок на поверхностное натяжение воды?

Стиральный порошок содержит в своём составе особые вещества — поверхностно-активные вещества (сокращённо ПАВ). Молекулы ПАВ имеют особое строение: один конец молекулы является гидрофильным (притягивается к воде), а другой — гидрофобным (отталкивается от воды).

При растворении в воде молекулы ПАВ устремляются к её поверхности. Они встраиваются между молекулами воды, ориентируясь гидрофобными концами наружу. Наличие молекул ПАВ на поверхности ослабляет силы сцепления между молекулами воды.

В результате этого взаимодействия коэффициент поверхностного натяжения воды значительно уменьшается. Именно это свойство ПАВ позволяет моющему раствору лучше смачивать ткани и проникать в волокна, эффективно удаляя загрязнения. В данном опыте уменьшение поверхностного натяжения приводит к тому, что поверхностная плёнка больше не может выдерживать вес иголки.

Ответ: Стиральный порошок, благодаря содержащимся в нём поверхностно-активным веществам (ПАВ), значительно уменьшает поверхностное натяжение воды.