Tension superficielle

Généralités
Dans un liquide, toutes les molécules sont attirées les unes vers les autres, à cause de forces d' interaction électrostatique, forces de Van der Waals...

Pour les molécules à l'intérieur du liquide, les forces qui s'exercent sur chacune se compensent :
Par contre, la résultante des forces qui s'exercent sur les molécules situées à la surface du liquide n'est pas nulle : c'est une force qui attire les molécules vers l'intérieur.

Du coup, plus l'interface est grande, plus le système est mal à l'aise, plus l'énergie chimique est grande. On peut définir l'énergie d'interface comme étant le surplus d'énergie chimique par rapport au cas où la goutte d'eau se trouverait à l'intérieur de l'eau. Le système va spontanément prendre la configuration d'énergie minimale, c'est à dire la forme ayant la plus petite interface possible.

Si par exemple on "casse" une gouttelette d'eau en deux, on va créer de la surface, deux sphères de volume V/2 ont une aire plus grande qu'une seule sphère de volume V. Donc si les deux goutelettes se rencontrent, elles vont avoir tendance à se fusionner pour minimiser la tension superficielle. La tension superficielle est une constante caractéristique d'un liquide.

Capillarité - loi de Jurin :
Un tube capillaire est un tube de petit diamètre intérieur. D'après la loi de Jurin, lorsqu'on plonde un tube capillaire (ouvert aux deux extrémités) dans un liquide, celuis ci "monte" ou "descend" dans le tube dune hauteur h telle que :

avec :
r : rayon intérieur du tube
p : masse volumique du liquide
g : intensité de la pesanteur
a : angle de raccordement liquide-solide
y : tension superficielle du liquide

Avec cette loi, on peut faire des expériences pour mesurer la tension superficielle d'un liquide.

Cette tension pousse la surface de contact entre le liquide et l'air par exemple la plus petite possible, et dans le cas des membranes de savon, cette force pousse la membrane à être la plus petite possible. On peut constater ce phénomène expérimentalement.

Expériences
On prend un anneau métallique et on accroche un fil non tendu sur un diamètre de l'anneau. On plonge cet anneau dans de l'eau savonneuse. Il se crée une membrane déparée en deux par le fil. On peut alors crever une partie de la membrane, et regarder ce qu'il se passe. La membrane qui reste veut être la plus petite possible : elle tend le fil vers l'armature de l'anneau.
On peut aussi plonger dans l'eau savonneuse un cube de métal. On observe là aussi que la configuration des membranes qui se forment entre les armatures est celle qui a l'interface eau-air la plus petite.

Cette image montre la forme que prennent les membrane d'eau savonneuse si on plonge un cube métallique une fois puis deux fois dans l'eau. Malheureusement, nous ne sommes pas arrivées à obtenir ces résultats expérimentalement pendant nos TPE et donc nous n'avons pas de photo.