التوتر السطحي Surface tension

يعرف التوتر السطحي بأنه ميل سطح السائل إلى التقلص إلى اقل مساحة ممكنة و ذلك بسبب قوى التماسك بين جزيئات السطح التي تكون محصلتها شدا نحو الداخل دوما و هذا يظهر السائل كأنه الغشاء ، و التوتر السطحي للسائل تقل بزيادة درجة الحرارة . و عليه فإن التوتر السطحي يعتمد على :
1 – نوع السائل: يتفاوت أثر ظاهرة التوتر السطحي من سائل إلى آخر؛ فمثلاً التوتر السطحي في سائل الزئبق تكون أكبر منها في السائل المائي، لذلك تظهر قطرات الزئبق كأنها أكثر تكوراً من الماء؛ بينما تكون قطرات الكحول أقل تكوراً من الماء.
2 – درجة الحرارة: تعتبر العلاقة بين ظاهرة التوتر السطحي ودرجة الحرارة علاقة عكسية؛ فكلما ارتفعت درجة الحرارة قلّ التوتر السطحي للسائل.
و يحدث التوتر السطحي بسبب التجاذب بين جزيئات السائل بواسطة التغير في قوى الجزيئات الداخليّة. في معظم السوائل كل جزيء داخل السائل يتأثر بقوى تجاذب متساوية من جميع اإلتجاهات بواسطة جزيئات السائل المحيطة بة ، ولذا تكون القوى المؤثرة عليه متزنة أى تكون مح ّصلة هذه القوى تساوى صفر. وعند سطح السائل تسحب الجزيئات بواسطة الجزيئات الأخرى داخل السائل لأن القوى المؤثرة على هذا الجزىء تصبح غير متوازنة و السبب فى ذلك هو أن جزىء من نصف الكرة العلوى يقع فوق سطح السائل و بذلك يكون عدد الجزيئات الجاذبة فيه أقل من تلك الموجودة فى النصف األسفل و تكون هناك محصلة لقوة الجذب إلى داخل السائل.
و كلما زاد اقتراب الجزيء من سطح السائل فإن حالة عدم الإتزان تزداد حتى تبلغ قيمتها العظمى عندما يكون الجزيء على سطح السائل .
و لذلك فإن الجزيئات الموجودة على سطح السائل تتعرض إلى قوى جذب كبيرة فى اتجاه داخل السائل . هذه القوى تجعل سطح السائل يميل إلى التقلص ليصغر فى المساحة. وهذه القوى تسبب قوى التوتر لسطح السائل والتى تعرف بقوى التوتر السطحى .
من الامثلة على التوتر السطحي قدرة الحشرات على السير فوق سطح الماء و كذلك اتخاذ قطرة الماء للشكل الكروي أو شبه الكروي؛ ويفسر ذلك بأن للسائل قدرة على المحافظة على مستوى الطاقة الأقل على الإطلاق من خلال تضييق مساحة السطح الخارجية، فمثلاً الكرة هي الأقل مساحة بين الأشكال الهندسية، وبالتالي فإن للسائل القدرة على الحفاظ على مستوى الطاقة الأقل. كما نلاحظ عند سكب كمية من الماء فوق سطح شمعي أو سطح مصنوع من النايلون بأنه لا يتبللّ؛ نظراً لوجود فرق كبير بين قوى التجاذب في جزيء السائل وقوى الالتصاق بين السائل والسطح، وبالتالي ينتشر الماء فوق السطح إثر ارتفاع قيمة قوى التجاذب الموجودة بين الماء لأكثر من تلك الموجودة في السطح.