Tensions superficielles

[manliz48]

Bonjour,

Malgré mes recherches sur internet, je n'arrive pas vraiment à comprendre les tensions superficielles :

Premièrement, je ne comprends pas l'origine de cette force : par exemple, les molécules d'eau s'attirent entre elles, ce qui fait je crois flotter un trombone à sa surface, mais pourquoi s'attirent-elles, et pourquoi n'attirent-elles pas les autres molécules (comme celles du trombone) ?

Ensuite, les tensions superficielles font qu'un fluide va tendre à exposer une surface minimale pour un volume donné. Alors pourquoi la surface de l'eau dans un verre plein est bombée ou pourquoi un ménisque se forme t'il au niveau du trait de jauge ? Dans ces 2 exemples l'interface eau-air est augmentée alors que les tensions superficielles devrait tendre à la réduire.

Merci d'avance pour vos réponses
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[cdx01]

Bonjour,

Tout ça n'est qu'une question d'énergie. C'est bien expliqué dans Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Tension_superficielle.

[manliz48]

Bonjour, et merci

Je suis déjà allée sur cette page Wikipédia, mais elle n'explique pas pourquoi les molécules d'eau par exemple se lient entre elles et pourquoi pas avec les autres molécules.

J'ai compris qu'en se liant les molécules perdaient de l’énergie. Et comme celles qui se trouvent en surface peuvent créer moins de liaisons, alors la surface est plus énergétique. Or, une molécule tend vers l'état le moins énergétique, donc un fluide adopte une forme qui expose une surface minimale pour un volume donné.

Mais ceci me parait aller à l'encontre du ménisque qui se forme et qui augmente donc la surface exposée.

[LPFR]

Bonjour.
Oui, avec un liquide qui mouille la paroi du verre, le ménisque est montant. Mais avec un liquide qui ne la mouille pas, comme le mercure, le ménisque est descendant.
En fait, il y a un « angle de contact » entre le liquide et la paroi qui dépend de la nature de la paroi, du liquide et du troisième fluide (gaz ou liquide). Cet angle de contact est celui qui minimise l’énergie au niveau du contact.
Dans le cas de l’eau-verre-air, cet angle de contact (qui se mesure à l’intérieur de l’eau) vaut zéro, et le ménisque est montant.
La morale de l’histoire est que la tension superficielle est plus compliquée que des explications simplistes peuvent laisser croire.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[manliz48]

Merci pour cette réponse.

Dans ce cas eau-verre-air, le ménisque peut être montant (dans un verre remplis à ras bord) ou descendant (dans un tube à essais) ?

Mais dans aucun de ces cas l'eau a une interface minimale pour un volume donné ?

[Resartus]

Bonjour,
Peut-être, pour mieux comprendre, faut-il préciser que ce n'est pas par tout ou rien. Il y a aussi des forces intermoléculaires entre molécules d'eau et molécules dites "hydrophobes". Simplement, ce ne sont que des forces de van der waals, bien moins fortes que les liaisons hydrogène, et le bilan d'énergie est meilleur quand l'eau réduit sa surface au minimum, et expulse le corps hydrophobe à l'extérieur, c'est à dire ne mouille pas .

Comme il y a aussi des liaisons hydrogène possibles entre l'eau et le verre (par exemple) mais moins puissantes et nombreuses qu'entre eau et eau, l''équilibre est un compromis entre l'"envie" de l'eau de mouiller le verre, et celle de réduire sa surface.

Le calcul d'optimisation de l'énergie totale du système permet de trouver l'angle au contact (cf wikipedia)

[LPFR]

...ou descendant (dans un tube à essais) ?
...

Re.
Vos tubes à essais sont mal nettoyés.
A+

[manliz48]

Bonsoir et merci,

Si je comprends bien, d'une part les molécules d'eau se lient entre elles et réduisent l'interface, et d'autre part elles créent des liaisons avec le verre par exemple en fonction de la mouillabilité (à cause des forces de Van der Waals).

Dans le cas de l'eau dans un verre plein ou dans un tube à essais, les liaisons avec le verre l'emportent et la surface se courbe (mais alors comment expliquer que le ménisque est parfois concave, et parfois convexe ?)