Поверхневий натяг

Поверхневий натяг - це питома вільна енергія поверхневого шару на межі розділу двох фаз, яка вимірюється роботою, яку необхідно затратити на утворення 1 см2 поверхні розділу при постійній температурі. Поверхневий натяг вимірюється в ерг·см-2. Поверхневий натяг може бути виміряна безпосередньо тільки у разі поверхні розділу рідина - газ (насичений пар) або рідина - рідина. П. н., виміряне в умовах, коли поверхневий шар ще не досягла рівноважного стану, називають динамічним, а виміряне в рівноважних умовах - статичним П. н. Час для досягнення рівноважного стану поверхневого шару чистих рідин і розчинів низькомолекулярних речовин не перевищує зазвичай декількох тисячних часток секунди.
Для колоїдних розчинів і розчинів високомолекулярних речовин цей час значно більше і вимірюється іноді багатьма годинами.
У біохімічних, фізіологічних і фармакологічних дослідженнях найбільш поширені наступні методи вимірювання поверхневого натягу.

сталагмометр Траубе
Рис. 1. Сталагмометр Траубе.

1. Сталагмометрический метод. Полягає у визначенні числа крапель, що утворюються при витіканні даного об'єму рідини з капілярного отвори спеціальної піпетки - сталагмометра (рис. 1; 1 - верхня мітка, 2 - нижня шкала). Визначивши за допомогою одного і того ж сталагмометра число крапель (n) досліджуваної рідини і число крапель (n0) стандартної рідини (зазвичай води) з відомим П. н. σ0, обчислюють П. н. досліджуваної рідини а за формулою:
           
де d і d0 - уд. ваги досліджуваної і стандартної рідини відповідно.
2. Метод продавлювання бульбашок повітря (запропонований П. А. Ребиндером) заснований на вимірюванні тиску р, необхідного для продавлювання бульбашки повітря через капіляр, що знаходиться в зіткненні з поверхнею досліджуваної рідини і тиску р0, необхідного для продавлювання бульбашки повітря через той же самий капіляр, що знаходиться в зіткненні з поверхнею стандартної рідини, поверхневий натяг σ0 якої відомо. П. н. досліджуваної рідини σ знаходять за рівнянням:
           

прилад Ребиндера
Рис. 2. Прилад Ребиндера: 1 - сосудик для рідини; 2 - капіляр; 3 - кран до респіратора; 4 - манометр.

Метод Ребиндера більш точний, ніж сталагмометрический.
Ці методи придатні не тільки для вимірювання поверхневого натягу на межі розділу рідина - газ (повітря), але і на межі розділу двох рідких фаз. В останньому випадку однієї краплі рідини продавлюють через капіляр в приладі Ребиндера (рис. 2) або змушують випливати з сталагмометра в іншу рідину.
При розчиненні у даної рідини якої-небудь речовини спостерігають такі випадки. 1. Розчинена речовина підвищує, зазвичай незначно, П. н. розчинника (такі речовини називають поверхностнонеактивными). Поверхностнонеактивными речовинами по відношенню до води є багато неорганічні солі, кислоти і також органічні речовини, як гліцерин, α-амінокислоти, цукор і ін 2. Розчинена речовина знижує П. н. розчинника (такі речовини називають поверхнево-активними). По відношенню до води поверхнево-активними речовинами є багато органічні сполуки (наприклад, спирти, жирні кислоти, ефіри, глікозиди, білки та ін), молекули яких є дифильными і складаються з неполярного, гідрофобного вуглеводневої залишку і полярної гідрофільної групи. До полярних груп належать групи-ОН, -СООН, -NH2, -SH, -ЗНЗ і ін. Мірою поверхневої активності речовин є відношення зміни П. н. Δσ до відповідної зміни концентрації Δс цієї речовини в розчині (тобто Δσ/Δс). Згідно з правилом Дюкло - Траубе поверхнева активність речовин одного і того самого гомологічного ряду зростає приблизно в 3 рази при збільшенні вуглеводневої ціни на СН2-групу. Це правило справедливо для розбавлених розчинів. У ряді випадків біологічна активність (наприклад, наркотична дія, бактерицидність та ін) речовин одного і того самого гомологічного ряду зростає із збільшенням їх поверхневої активності у відповідності з правилом Дюкло - Траубе.
Поверхнево-активні речовини адсорбуються позитивно на поверхні розділу фаз, поверхнево-неактивні - негативно (див. Адсорбція).
Поверхневий натяг цитоплазми живих клітин на кордоні з навколишнього їх рідким середовищем має вкрай низькі значення, що дорівнює в середньому 0,2-2,0 ерг·-2. Чим менше П. в. на межі дотику клітин, тим легше клітини ізолюються одна від одної. Зміна поверхневого натягу на поверхні клітин і органел відіграє значну роль в таких явищах, як клітинне ділення, фагоцитоз і пиноцитоз, амебоидное рух, зміна проникності клітинних мембран та ін.
Статичний П. н. крові людини значно менше динамічного П. н.; останнє за своєю величиною близько до П. н. води (73,04 ерг·-2 при 18°), тоді як статичне П. н. оксалатной крові у чоловіків дорівнює в середньому 55-57, у жінок - 59-62 ерг·-2 при 18°. Динамічне П. н. плазми крові схильна до значним коливань при різних захворюваннях; найбільш різке його зміна спостерігалося при анафілактичному шоці. П. н. плазми крові організму хворого пухлинами нижче, ніж у нормі. З віком людини поверхневий натяг сироватки крові зменшується.