표면장력의 정의와 이해

표면장력의 정의와 이해

표면장력(Surface Tension)은 다음과 같의 정의합니다.

• 액체의 자유 표면에 걸쳐 늘어진 막처럼 작용하는 액체의 특성이며 표면적의 접선의 일부에 걸쳐 단위 길이당(Length) 작용하는 접선력(F) 로 정의되며 연결 부위에서 수직으로 작용하며 선을 따라 표면적을 분리하려는 경향이 있습니다. 
• 수학적으로 아래와 같이 표기합니다. 

        => Surface Tension = Force / Length 

        => T=F/L

 

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표면장력의 이해

표면장력은 우리 일상생활에서 쉽게 관찰이 가능합니다. 아래 그림을 보면 표면장력이 어떻게 작용하는지 알 수 있습니다.

1. 물방울이 형성되는 현상 : 수도꼭지에 물방울이 형성되는 과정에서 표면장력의 현상을 쉽게 만나볼 수 있습니다. 물방울커지면서 질량이 커지고 중력에 의해 표면 장력이 이를 더 이상 붙잡아 놓을 수 없게 되면 물방울은 떨어지게 되는데 이러한 현상이 표면장력을 잃는 것이라 설명할 수 있습니다.

 

2. 곤충들이 물 위에 있는 것 : 소금쟁이와 같은 곤충이 물 위에 떠 있는 것을 설명할 수 있는 것은 표면장력의 힘이 곤충의 질량 보다 크기 때문에 이를 가능하게 합니다.

 

3. 밀도가 높은 물질이 물 위에 떠 있는 현상 : 클립이나 바늘은 물 보다 그 밀도가 훨씬 크지만 물 위에 조심스럽게 띄울 수 있습니다. 다시말해 밀도가 크더라도 표면 장력에서 발생하는 힘에 견딜 수 있을 정도로 작은 힘이 표면에 작용할 때 발생하는 것을 말 합니다. 이 때 물의 표면은 탄성을 갖고 있는 필름처럼 작동하게 됩니다.

 

4. 이슬과 기포가 생기는 현상 : 물이 갖고 있는 표면장력은 기포 모양의 둥그런 형태를 만들어 냅니다. 또한 아래 그림에서 처럼 둥근 구 모양의 형성하는 작용을 합니다.

표면장력은 같은 물질에서 발생하는 인력과 접착력을 바탕으로 형성됩니다. 따라서 오일과 물을 분리하는 과정 또한 단순히 두 물질(물과 오일) 간의 서로 다른 표면장력의 작용에 의해서 분리되는 현상이라 설명할 있습니다. 표면 장력을 감소시킬 때는 특정 물질을 첨가 하면 물질간의 응집력이 감소하고 접착력이 증가하는 현상을 이용합니다.

표면장력의 기본 힘

표면 장력에 작용하는 힘은 응집력과 접착력 두가지가 있습니다.

• 응집력은 동일한 물질의 두 분자 사이의 인력으로 정의합니다. 
• 접착력은 서로 다른 물질의 두 분자 사이의 인력으로 정의합니다. 

표면 장력은 가용성이 높을 수록 세고 용해도가 낮을 수록 낮습니다. 다시 말해 소금과 같이 물에 잘 녹는 가용성이 높은 물질은 표면 장력을 증가시키고 용해도가 낮은 비누와 같은 물질일 수록 표면 장력이 낮아 집니다. 표면 장력이 0이 되는 지점을 액체의 임계 온도라고 하며 이는 온도가 높을 수록 표면 장력의 힘 또한 낮아 집니다. 온도가 높아지면 접촉 면적이 넗어지기 때문에 감소하는 것을 말 합니다. 

 

위의 내용을 간략히 정리하면 동일한 분자간의 인력이 크고 용해성이 높은 물질이며 온도가 낮을 수록 표면 장력은 세진다는 것으로 정리할 수 있습니다. 

 

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