Die Oberflächenspannung von Wasser beträgt bei Raumtemperatur etwa 72 mN / m, was eine der höchsten Oberflächenspannungen für Flüssigkeiten darstellt. Es gibt nur eine Flüssigkeit mit einer höheren Oberflächenspannung und das ist Quecksilber, ein flüssiges Metall mit einer Oberflächenspannung von fast 500 mN / m. Warum die Oberflächenspannung von Quecksilber so hoch ist, wird auch nach dem Lesen dieses kurzen Blog-Beitrags deutlich.
Die hohe Oberflächenspannung von Wasser wird durch starke molekulare Wechselwirkungen verursacht.
Die Oberflächenspannung entsteht aufgrund zu kohäsiven Wechselwirkungen zwischen den Molekülen in der Flüssigkeit. In der Masse der Flüssigkeit haben die Moleküle auf jeder Seite benachbarte Moleküle. Moleküle ziehen sich in alle Richtungen gleichmäßig aneinander und verursachen eine Nettokraft von Null. An der Grenzfläche haben die flüssigen Moleküle jedoch nur die Hälfte der benachbarten flüssigen Moleküle im Vergleich zum Hauptteil der Flüssigkeit. Dadurch verbindet sich das Molekül stärker mit den Molekülen an seinen Seiten und bewirkt eine Nettokraft nach innen in Richtung Flüssigkeit. Diese Kraft widersteht dem Bruch der Oberfläche und wird als Oberflächenspannung bezeichnet.
Mit dieser Erklärung ist dann klar, dass Alle Flüssigkeiten haben die gleichen Eigenschaften, aber warum ist die Oberflächenspannung von Wasser viel höher als beispielsweise von Ethanol.
Um dies zu verstehen, müssen wir an die Bindungen zwischen den Molekülen denken. Wie erläutert, verursacht die Kohäsionskraft zwischen den Molekülen eine Oberflächenspannung. Je stärker die Kohäsionskraft ist, desto stärker ist die Oberflächenspannung. Das Wassermolekül hat zwei Wasserstoffatome, die durch kovalente Bindung an ein Sauerstoffatom gebunden sind. Aufgrund der hohen Elektronegativität von Sauerstoff hat es einen großen Teil der negativen Ladung auf seiner Seite, während Wasserstoff positiver geladen ist. Dies verursacht eine elektrostatische Anziehung zwischen dem Wasserstoffatom in einem Molekül und dem Sauerstoffatom in einem anderen. Gebildete Bindungen werden als Wasserstoffbrücken bezeichnet, was zu starken Kohäsionskräften zwischen den Wassermolekülen und einer hohen Oberflächenspannung von Wasser führt.
Wie zu Beginn des Blogs erwähnt, erklärt dies auch, warum Quecksilber eine so hohe Oberflächenspannung aufweist. Da Quecksilber ein Metall ist, sind die Bindungen zwischen den Molekülen Metallbindungen, die viel stärker sind als die Wasserstoffbindungen, was zu sehr hohen Kohäsionskräften und hoher Oberflächenspannung führt.
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