Как снизить поверхностное натяжение воды
Вопрос звучит чаще, чем кажется: в быту от воды хотят, чтобы она лучше смачивала — проникала в чайный лист, в ткань, в почву, в поры кожи. Всё это задачи на снижение поверхностного натяжения. Разберём, чем его действительно можно снизить, насколько и какой ценой.
Нагрев — главный способ
Самый доступный и единственный, который не меняет состав воды. При нагреве водородные связи между молекулами ослабевают, и плёнка на поверхности становится менее натянутой.
| Температура | Натяжение | Насколько ниже, чем у холодной |
|---|---|---|
| 0 °C | 75,6 мН/м | — |
| 20 °C | 72,7 мН/м | на 4 % |
| 60 °C | 66,2 мН/м | на 12 % |
| 80 °C | 62,6 мН/м | на 17 % |
| 100 °C | 58,9 мН/м | на 22 % |
Вот почему чай и травы заваривают кипятком: вода с натяжением 59 мН/м проникает в лист и вытягивает из него растворимые вещества за минуты, а холодная с её 75 мН/м едва смачивает поверхность. В холодной воде чай практически не заваривается — это не привычка, а физика.
Правило простое: чем горячее вода, тем лучше она заваривает. Но у нагрева есть обратная сторона — пить кипяток нельзя, и это отдельный разговор: какая температура воды оптимальна.
Поверхностно-активные вещества
Второй способ — добавить в воду вещество, молекулы которого встраиваются в поверхностный слой и разрывают его связность. Это и есть ПАВ: мыло, средство для посуды, шампунь, спирт.
Эффект несравнимо сильнее нагрева: если кипячение снижает натяжение на четверть, то мыльный раствор — в два с половиной раза, до 25–30 мН/м. Поэтому вся бытовая химия построена именно на этом принципе, а не на «растворении грязи».
Что натяжение не снижает
Здесь стоит разобрать частые заблуждения, потому что вокруг темы много обещаний.
| Способ | Что происходит на самом деле |
|---|---|
| Добавление соли или минералов | Натяжение не падает, а слегка растёт. Минерализованная вода имеет натяжение чуть выше дистиллированной |
| Магниты и наклейки на бутылку | Ни один из заявленных эффектов не измеряется в готовой воде. Подробнее — структурированная вода |
| Замораживание и оттаивание | Меняет состав, а не натяжение: часть солей остаётся в незамёрзшей части. Разбор — талая вода |
| Отстаивание | Уходит хлор и часть газов, натяжение остаётся тем же |
Общий принцип: натяжение воды определяется водородными связями между её молекулами. Снизить его можно либо ослабив связи нагревом, либо вклинившись между молекулами чужим веществом. Третьего физического пути нет.
Как это применить на кухне
- Чай и травяные сборы. Плотный лист и грубые травы — крутым кипятком; зелёный чай — 80 °C, иначе горечь. Смысл нагрева один: дать воде проникнуть внутрь сырья
- Отвары и настои. Чем дольше и горячее, тем полнее переходят вещества, но часть из них разрушается — отсюда разные режимы для разного сырья
- Мытьё овощей и зелени. Тёплая вода смачивает лучше холодной, и песок отходит быстрее
- Опрыскивание растений. Капля воды скатывается с листа; садоводы добавляют каплю мыла именно для смачивания
Что дальше
Как проверить, что натяжение действительно изменилось, — в статье как определить поверхностное натяжение воды. Общая картина показателя — в основной статье. А как натяжение встраивается в понятие качества воды вместе с остальными свойствами — в итоговом материале живая и мёртвая вода.
Вопросы о снижении поверхностного натяжения
Двумя способами. Нагрев — снижает натяжение до четверти: у кипятка оно около 59 мН/м против 75 у холодной. Поверхностно-активные вещества (мыло, средство для посуды) — снижают в два с половиной раза, но подходят только для мытья и стирки, не для питья.
У холодной воды натяжение около 75 мН/м, она плохо смачивает чайный лист и почти не проникает внутрь. Горячая вода с натяжением около 59 мН/м входит в лист за минуты и вытягивает растворимые вещества — поэтому заваривают кипятком.
Нет, растворённые соли слегка повышают его. Это частое заблуждение: минерализованная вода по натяжению чуть выше дистиллированной при той же температуре.
От 0 до 100 градусов примерно на 22 процента: с 75,6 до 58,9 мН/м. При 60 градусах снижение около 12 процентов. Для заваривания этой разницы достаточно, чтобы результат отличался кардинально.
Не нужно. Единственные вещества, которые заметно снижают натяжение, — поверхностно-активные, то есть мыло и его аналоги. В питьевой воде им не место, а на усвоение воды этот показатель всё равно не влияет.
Источники
Нормативные документы, публикации ВОЗ и рецензируемые исследования, на которых основаны цифры в этой статье.
- Vargaftik N. B., Volkov B. N., Voljak L. D. International Tables of the Surface Tension of Water Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1983, т. 12, вып. 3, с. 817–820. DOI 10.1063/1.555688 Публикация по DOI Справочные значения поверхностного натяжения воды в диапазоне от 0 до 100 градусов: 75,6 мН/м при 0, 72,7 при 20, 58,9 при 100.
- IAPWS R1-76. Revised Release on Surface Tension of Ordinary Water Substance International Association for the Properties of Water and Steam, 2014 Документ IAPWS Международно признанное уравнение зависимости поверхностного натяжения воды от температуры.
- Ali K., Shah A. A., Bilal S. Surface Tension and Surface Properties of Aqueous Solutions of Electrolytes Colloids and Surfaces A, 2009, т. 337, с. 194–199. DOI 10.1016/j.colsurfa.2008.12.023 Публикация по DOI Растворённые соли повышают поверхностное натяжение воды относительно чистой — количественные данные по электролитам.
Комментарии