Молекулы поверхностного слоя жидкости по физико-химическим свойствам отличаются от молекул внутренних слоев. Каждая молекула внутри жидкости окружена такими же молекулами и испытывает одинаковое воздействие со всех сторон. Равнодействующая всех сил притяжение равна нулю.
Молекулы поверхностного слоя испытывают взаимодействие с другими молекулами жидкости только с одной стороны, а взаимодействием с молекулами газа или пара над поверхностью можно пренебречь. Равнодействующая сил в этом случае не равна нулю и направлена вниз. Т.е. молекулы поверхностного слоя всегда находятся под действием силы, стремящейся втянуть их внутрь жидкости.
Это приводит к тому, что поверхность жидкости всегда стремится сократиться.
Неиспользованные силы притяжения являются источником избыточной энергии, называемой свободной поверхностной энергией (F). Свободная энергия отнесенная к единице поверхности (S) получила название поверхностное натяжение.
Для разных жидкостей поверхностное натяжение различно и зависит от природы жидкости, температуры, природы и концентрации растворенных веществ. Например, поверхностное натяжение воды при 20 оС равно 7,28∙10-2 Н/м, глицерина – 6,3∙10-2 Н/м, ацетона – 2,37 ∙10-2 Н/м, уксусной кислоты – 2,76∙10-2 Н/м. С ростом температуры поверхностное натяжение снижается, так как ослабляются силы ммв.
На основании этого Д.И. Менделеев пришел к выводу, что должна быть температура, при которой поверхностное натяжение станет равной нулю, т.е. температура выше которой жидкое состояние невозможно. Такая температура называется критическая.
Растворение веществ в жидкости может повышать или понижать поверхностное натяжение. Вещества, значительно снижающие поверхностное натяжение данной жидкости называют поверхностно-активными веществами. По отношению к воде это могут быть мыла, белки, спирты. Вещества повышающие поверхностное натяжение называют поверхностно неактивные. Для воды это могут быть минеральные кислоты, щелочи, некоторые неорганические соли. Поверхностное натяжение можно измерить различными методами. Наиболее простым является метод «счета капель» с использованием сталагмометра.
Из этого соотношения зная поверхностное
натяжение одной из жидкостей легко рассчитать значение для другой. Плотности
жидкостей находят по таблицам для соответствующей температуры, при которой
проводят измерения.