水の表面張力は石鹸などの界面活性剤を溶かすと弱まります。どれほど変化するでしょうか？実際に表面張力を測ってみましょう
使用器具および試薬
使用器具(全てダイソーで揃えられます)
・ワイヤーネット
・ワイヤーネット用スタンド
・蓋が平らな鉄製の缶
・強力磁石付きフック
・輪ゴム
・ボビンケース
・裁縫糸
・ボウルもしくはお椀
・端に穴の空いた30cm定規
使用試薬
・洗剤
実験方法
1.
フックに輪ゴムを取り付け、ボビンケースをはめ込む。これを3セット作る。その際、輪ゴムの位置は揃えること。
2.
追加でボビンケースを取り付ける。これは滑車として機能する。
3.
フックを写真のように網に取り付け、フックが動かないように糸や結束バンドなどで固定する。定規は右側のフックのボビンケースの間に来るように取り付ける。
4.
適当な長さに切った2本の裁縫糸の両端を、切ってヒモ状にした輪ゴムに結ぶ。
5.
缶の蓋を裏返し、磁石付きフックを蓋の中央にくっつける。磁石付きフックを糸で結ぶ。
6.
フック付きの蓋を水を入れたボウルに浮かべて、写真のように取り付ける。糸を軽く張った時に輪ゴムの上端が定規の上部分の位置になるように磁石付きフック側の糸の長さを調節する。
7.
水に浮かべた蓋が動かないこと、糸が垂直になっていることを確認して、輪ゴムの下側の結び目の目盛りをメモして、糸を下にゆっくり引き続ける。
8.
蓋が水面から離れた瞬間に糸を引くのをやめ、輪ゴム下側の結び目の目盛りをメモする。
9.
⑧でメモした目盛りの値から⑦でメモした目盛りの値を引いて、ゴムがどれくらい伸びたか計算する。ゴムの伸びが大きいほど、表面張力が大きいことになります。
ポイント
物質を構成する分子同士には、分子同士が引き合う力が働いています。物質の内部では、その分子の四方八方で互いに引っ張りあう、力の釣り合いが取れていて安定しています。しかし、物質表面にある分子は引っ張り合いの強さが部分的に異なるので、水や水銀などの場合はより内側に引き込まれます。なのでこの引っ張る力が強ければ強いほど表面積が小さくなるようにするようになるため、液体の形は全体的に丸っこくなります。この「表面積が小さくなるようにする」性質のことを表面張力といいます。
さて、今回の実験では表面張力の強さをゴムの伸びの長さに置き換えて数値化できる装置を作りました。液面に缶の蓋を触れさせた時は、液面と缶の蓋に触れている水分子が互いに強く引っ張りあっているので、そのぶんゴムの伸びは長く、水に洗剤を入れたときに短くなるのは、セッケンによって水の表面張力が弱められたからですね。
ここで紹介した装置は、表面張力の強さをざっくり調べるものなので、誤差が大きく当然研究には向きません。では精密に表面張力を測るためにどのような方法があるでしょうか？調べてみましょう。