O istocie cieczy
| <<< Dane tekstu >>> | |
| Autor | |
| Tytuł | O istocie cieczy |
| Podtytuł | o istocie materji |
| Pochodzenie | Tajemnice atomu (o istocie materji) |
| Wydawca | Trzaska, Evert i Michalski S. A. |
| Data wyd. | 1933 |
| Druk | Drukarnia Narodowa w Krakowie |
| Miejsce wyd. | Warszawa |
| Tłumacz | Karol Szlenkier |
| Źródło | Skany na Commons |
| Inne | Pobierz jako: EPUB  • PDF  • MOBI  Cały tekst |
| Indeks stron | |
Różnica między gazem a cieczą polega na tem, że w pierwszym atomy i cząsteczki poruszają się swobodnie, zachowując swój byt niezależny, podczas gdy w płynie zawsze stykają się one ze sobą, chociaż wciąż zmieniają swoje bezpośrednie sąsiedztwo. We współzawodnictwie pomiędzy ruchem a siłami przyciągającemi ruch nie osiąga już całkowitej przewagi: działanie sił przyciągających jest już teraz dostateczne, aby utrzymać we wzajemnem zetknięciu ze sobą całkowity zespół cząsteczek, a przynajmniej tak znaczną ich ilość, że tworzą one określoną objętość płynu, posiadającego widoczną dla nas powierzchnię. Przewaga jednak sił przyciągających nie jest zupełną: nieustannie zachodzi zjawisko, które zwiemy parowaniem. Wyobraźmy sobie naczynie z wodą, umieszczone w pustym pokoju. Cząsteczki wody znajdują się wszystkie w ustawicznym ruchu — wciąż drgając, wirując, przesuwając się i zmieniając swe sąsiedztwo. Atoli ruch ich naogół nie wystarcza, aby nawzajem oderwać je od siebie, może to jedynie stać się na powierzchni, gdzie istnieją szczególne warunki. Naskutek tego cząsteczki skupiają się, tworząc ciało o określonej objętości i o odgraniczających je powierzchniach. Jedynie na powierzchni zjawiają się zbiegowie: w nieustannej wymianie ruchu zdarzyć się może, że niektóre z najbardziej nazewnątrz wysuniętych cząsteczek, uzyskują rozpęd dostateczny, aby oderwać się od cząsteczek, znajdujących się pod niemi, i wydostać się na stałe ponad powierzchnię. Gdyby to samo spotkało cząsteczki, znajdujące się wewnątrz płynu, zostałyby one pochwycone zpowrotem. Tak więc pokój, w którym znajduje się naczynie z wodą, zawierać będzie wzrastającą wciąż ilość cząsteczek wody, latających swobodnie, jak cząsteczki gazu. Gdy pokój jest zamknięty, ilość tych cząsteczek nie będzie wzrastała nieograniczenie, nastąpi bowiem chwila, gdy ilość ta będzie tak znaczną, że latające swobodnie cząsteczki zderzać się będą z powierzchnią wody i przenikać ją w tej samej ilości, w jakiej równocześnie inne ją opuszczają, wydostając się nazewnątrz. Wówczas pokój nasycony będzie parą wodną. Zdarzyć się to może, zanim miska będzie próżna; jeśli jednak powietrze w pokoju zmieniać się będzie nieustannie, unosząc z sobą parę wodną, woda w misce po pewnym czasie wyparuje całkowicie.
Nazewnątrz powierzchni wydostają się zawsze te cząsteczki, które posiadają większą od przeciętnej ilość energji; część tej energji tracą one, odrywając się od cząsteczek, z któremi sąsiadowały w cieczy; przeciętna energja pozostającej cieczy zmniejszać się będzie w miarę parowania. Innemi słowy woda ochładza się coraz to więcej i więcej. Znamy wszyscy dobrze to zjawisko. Machając mokremi rękoma, rychło poczujemy wzrastający w nich chłód; stosujemy w danym wypadku nieco przesadnie sposób, w jaki Przyroda ochładza nasze ciała do poziomu właściwej temperatury. Uczucie chłodu jest ostrzeżeniem dla naszego ciała, że wyrównać musi stratę energji, jaką uniosły ze sobą odparowujące cząsteczki. Stopień chłodzenia może być zwiększony przez użycie płynu, parującego szybciej od wody; tak np. chirurdzy posługiwali się w swoim czasie eterem, którym spryskiwali dane miejsce ciała, aby wywołać zamrożenie. W gorących i suchych krajach wodę do picia chłodzi się, umieszczając ją w worku z porowatego płótna, który zawiesza się w miejscu zacienionem i wystawionem na działanie wiatru, a im gorętszy i suchszy jest wiatr tem lepiej. W okresie gorącego lata australijskiego nieraz spostrzec można na prowincji taki worek, zawieszony na werandzie domostwa lub pod dachem stacji kolejowej. Woda sączy się przez płótno i szybko paruje na wietrze, dzięki czemu pozostała woda coraz to bardziej się ochładza.
Możemy wykonać tego rodzaju doświadczenie na stole sali wykładowej w bardzo uderzający sposób. Obie uwidocznione na rycinie bańki szklane zawierają wyłącznie wodę, powietrze zostało z nich wypompowane. Naprzód napełniamy wodą górną bańkę, poczem dolną zanurzamy w płynnem powietrzu; po upływie dwóch do trzech minut woda w górnej bańce zamarza, jakkolwiek bańka ta nigdzie nie stykała się z płynnem powietrzem. Zjawisko to tłumaczy się tem, że cząsteczki wody, wydobywające się nazewnątrz powierzchni płynu, przedostają się przez rurkę wdół aż do dolnej bańki. Miałoby to miejsce bez względu na to, czy dolna bańka zanurzona zostanie w płynnem powietrzu, czy też nie; jednak w tym ostatnim wypadku te wyswobodzone cząsteczki powróciłyby jeśli nie wszystkie, to w przeważającej ilości do górnej bańki z wodą, oddając jej nadmierną swą energję. Wówczas woda uległaby nieznacznemu tylko ochłodzeniu. Gdy jednak dolna bańka oziębiona zostanie płynnem powietrzem, wspomniane cząsteczki już nie powrócą. Ruch ich zostaje wstrzymany i osiadają one w dolnej bańce zrazu pod postacią wody, a następnie lodu. Woda zaś w górnej bańce szybko się ochładza i wkrótce również zamarza. Powietrze z obydwu baniek zostaje usunięte po to, aby ułatwić ruch cząsteczek wody i tem samem przyśpieszyć parowanie. Gdyby było ono zbyt powolne, ciepło przenikałoby z otaczającego z zewnątrz powietrza w takim stopniu, że zamarzanie nie miałoby miejsca. Obecność powietrza nie powstrzymuje wyswabadzania się cząsteczek posiadających znaczniejszą energję z powierzchni płynu, lecz przeszkadza ich dalszym ruchom, sprowadzając całe ich działanie do rozpatrzonego już przez nas uprzednio zjawiska dyfuzji.
pojedyńczych cząsteczek poprzez ciżbę obcych cząsteczek. Całe zjawisko różni się tak wybitnie od zjawiska parowania, że z łatwością można nie dostrzec zasadniczego podobieństwa między niemi.
Ilość ciepła, konieczna dla odparowania płynu, jest miarą energji, jaka musi być zużyta na oderwanie się cząsteczek jednych od drugich. Być może, że to nie uwydatnia dostatecznie znaczenia tych sił, które, jakkolwiek wzięte pojedyńczo są znikome, łącznie wywierać mogą tak potężne działanie. Możemy jednak uprzytomnić sobie, jak wielką jest ilość ciepła, potrzebna na to, aby woda zmieniła się w parę, i jak olbrzymią pracę może wykonać para. Siły te ujawniają się bardziej bezpośrednio w każdej wiszącej kropli wody lub jakiejkolwiek innej cieczy.
Cząsteczki sczepione są ze sobą, jak pszczoły w roju. Ogniwa, któremi cząsteczki najbardziej nazewnątrz położonej warstwy połączone są z powierzchnią, z której zwiesza się kropla, dźwigają cały ciężar tej ostatniej. Ale i w tem tak prostem zjawisku wielkość i doniosłość tych sił nie jest jeszcze dostatecznie widoczną; doświadczenie to jednak może być wykonane w sposób bardziej uderzający. Mamy tu zgiętą rurkę szklaną, zawierającą litylko wodę bez powietrza. W pewnem położeniu rurki jedno z ramion całkowicie wypełnione jest wodą. O ileby znajdował się w niej jeszcze pęcherzyk powietrza, musimy go stamtąd usunąć do drugiego ramienia, odpowiednio zmieniając położenie rurki i stukając nią lekko o stół. Gdy to osiągniemy, trzymać możemy rurkę w takiem położeniu, że poziom wolnego końca słupa wodnego leży znacznie niżej od poziomu drugiego końca, w którym woda przylega do końca rurki. Ciężar słupka wody w jednem ramieniu, znajdującego się ponad poziomem wody w drugiem ramieniu, utrzymywany jest przez siły, z jakiemi cząsteczki wody przywierają do rurki szklanej w tem drugiem ramieniu oraz jedne cząsteczki wody do drugich. 
Ryc. 14 Mamy tu w samej rzeczy kroplę wody o długości około trzydziestu centymetrów. Nie możemy utrzymać kropli tej długości, aby zawisła u palca, dla tej prostej przyczyny, że woda wówczas, zmieniwszy swój kształt, oderwałaby się. O ile temu przeszkodzimy, np. zapomocą naszej rurki szklanej, wielkość owych sił cząsteczkowych występuje na jaw w sposób daleko oczywistszy. Gdy staramy się rozciągnąć pręt żelazny, opór, jaki przytem przezwyciężyć musimy, daje nam pojęcie o wielkości sił, spajających cząsteczki żelaza w stanie stałym; skłonni natomiast jesteśmy do mniemania, że z łatwością da się rozciągnąć dana masa wody, jednakże tak nie jest bynajmniej. Z łatwością zmienić możemy kształt wody, ale nie łatwo da się oderwać jedna warstwa cząsteczek od drugiej, do której przylega. Wodę istotnie równie trudno jest rozciągnąć, jak ścisnąć.
Odbiegnijmy na chwilę od naszego głównego tematu, aby omówić ciekawe zjawisko, jakie napotykamy, posługując się zgiętą rurką. Gdy nachylimy rurkę tak, aby woda spłynęła raptownie ku jednemu końcowi rurki, usłyszymy wyraźne stuknięcie, jak przy zderzeniu dwóch twardych ciał; uderzenie to daje się odczuć w ręce, którą trzymamy rurkę. Zjawisko to nieraz przytaczane bywa, jako przykład młota wodnego; tłumaczy się ono w sposób nader prosty. W rurce niema powietrza, woda uderza w koniec rurki tak, jakby była ciałem sztywnem; istotnie też zachowuje się jako takie naskutek swej nieściśliwości. Należy nader ostrożnie obchodzić się z takiemi rurkami, gdyż bardzo łatwo woda może rozbić jeden z końców, zupełnie tak, jak młotek, którym uderzylibyśmy naczynie szklane. To samo zjawisko zauważyć się daje od lat kilku w nader ciekawej postaci, mającej skądinąd doniosłe znaczenie; mianowicie przy zużywaniu się szybko obracających się śrub okrętowych.
Na rycinie widzimy przeżarcie śmigi od śruby okrętu Mauretania (Tabl. IX A). Uszkodzenia te po raz pierwszy dały się zauważyć, gdy dzięki zastosowaniu turbin parowych Parson’a ilość obrotów śrub okrętowych i co za tem idzie szybkość statków zostały znacznie zwiększone; spowodowały one narazie znaczne straty finansowe i inne. Przyczyna tych uszkodzeń została ustalona przez stwierdzenie faktu, że szybkość statku i ilość obrotów śruby okrętowej wzrosły tak dalece, iż woda nie była w stanie wypełnić całkowicie próżni, którą pozostawiały za sobą śmigi. Rycina wykazuje miejsca, w których powstaje próżnia w basenie doświadczalnym Zakładów Turbinia w Newcastle (Tabl. IX B). Miejsca te w kształcie pęcherzyków tworzą linje spiralne; na rycinie rozpoznać możemy każdą ze spirali jako przynależną do danej śmigi.
Te miejsca puste znikają pod ciśnieniem otaczającej wody, a ponieważ niema w nich powietrza, ścianki pęcherzyków przy zetknięciu uderzają o siebie z taką samą siłą, jak woda o szkło w naszej zgiętej rurce. Jeśli tedy dany punkt śmigi tworzy ściankę takiego pustego pęcherzyka, uderzenie może być tak silne, że oderwać zdoła cząstki 
Ryc. 15. Młot wodny Parson’a. metalu. Całkowite wyjaśnienie tego zjawiska i wynalezienie środków, mogących jemu zapobiec, kosztowało dużo trudu: obecnie śmigi śrub okrętowych sporządzane są ze specjalnego stopu, niepodlegającego przeżarciu, równocześnie ulepszony został też sam kształt śmigi. Rycina 15 przedstawia nader ciekawe doświadczenie, wykonane w ciągu tych badań. Mocne naczynie metalowe, jakie widzimy w środku ryciny, napełniamy wodą i pozwalamy mu opaść na dno zbiornika, również napełnionego wodą. Przy zetknięciu się z dnem zbiornika ruch naczynia zostaje raptownie zahamowany. Rozpęd wody w stożku u góry naczynia łącznie z rozpędem ciężkiego odważnika W wystarczają, aby woda — po nagłem zahamowaniu naczynia — zachowała przez czas jakiś swój ruch, tworząc tem samem próżnię u wierzchołka stożka w V. Naskutek ciśnienia otaczającej wody próżnia ta natychmiast potem znika, powracająca zaś na to miejsce woda z szybkością, zwiększającą się w miarę zwężania się stożka, uderza w wierzchołek tegoż z taką siłą, że wybija dziurę w płytce mosiądzu, umieszczonej u P.
Znikanie pustych pęcherzyków, powstałych naskutek szybkich obrotów śruby okrętowej, powoduje tak duży hałas w wodzie, że zapomocą podwodnego odbiornika fal akustycznych usłyszeć można statek ze znacznej odległości.
Wielu ze słuchaczy jest zapewne oswojonych z mniej doniosłego znaczenia przykładem uderzenia, jakie może spowodować woda naskutek swej nieelastyczności: można się silnie uderzyć o wodę, skacząc do niej z pewnej wysokości, nie przybrawszy przytem odpowiedniej postawy.
Skoro cząsteczki cieczy dążą wszystkie do skupienia się pod łącznem działaniem swych sił przyciągających, pozostawione same sobie skupią się one w kulę, o czem w sposób oczywisty przekonać się możemy, gdy rtęć rozleje się na stole, rozbijając się na okrągłe krople, toczące się tak, jakby były twardemi kulkami.
Ryc. 16. Krople rtęci na stole.
Małe krople przybierają postać niemal doskonałych kui. Duże kule są spłaszczone.
To samo stać się może z wodą, o ile nie zwilża ona stołu: naogół zwilża ona ciała stałe, z któremi się styka, lecz spotkamy się z licznemi wypadkami, gdy tak nie jest, np. gdy rozlejemy wodę na powierzchni zakurzonej. Co oznacza i na czem polega zwilżanie, to musimy jeszcze rozpatrzyć: jest to nader ważne zagadnienie w interesującym nas przedmiocie. Siła ciążenia również przeciwdziała dążeniu cieczy do skupiania się w kule. Gdy krople rtęci są bardzo małe, przybierają one niemal doskonałą postać kuli, lecz krople większe podobne są raczej do krążków o zaokrąglonych brzegach. Jeśli pragniemy znaleźć dobre przykłady tworzenia kul naskutek łącznego przyciągania się cząsteczek między sobą, starać się musimy o usunięcie wpływów zarówno zwilżania, jak i siły ciążenia. Małe kulki rtęci są udatną tego ilustracją. Zobaczyć też to możemy przy wyrobie śrótu. Roztopiony ołów spada w postaci deszczu z wierzchołka odpowiedniej wieży, tworząc przytem kuliste krople, tak zupełnie, jak to ma miejsce w zwykłym deszczu z kroplami wody.
Przytoczone ostatnio przykłady zdają się być w sprzeczności z tem, co poprzednio było powiedziane: wszak w wypadkach tych siła ciążenia nie została usunięta, przeciwnie działała w całej pełni, a pomimo to kropelki tworzyły się. Lecz niepożądany wpływ siły ciążenia jest tylko pośredni; opór, jaki ciecz przeciwstawia sile ciążenia, niweczy kształtowanie się kul. W wypadku dużych kropel rtęci, spłaszczenie ich spowodowane jest nie bezpośrednio siłą ciążenia, lecz ciśnieniem, skierowanem z dołu w górę, jakie wywiera stół, przeciwdziałając sile ciążenia. Gdy krople ołowiu dosięgają podstawy wieży, wpadają one do wody, w której zachowują kształt, jaki przybrały podczas spadania.
Oto doświadczenie, uwydatniające rozpatrywane przez nas zagadnienie. Ciemny płyn, a mianowicie orto-toluidyna, nie miesza się z wodą, czyli innemi słowy woda nie „zwilża“ go, gęstość zaś jego jest taka, że pływa swobodnie w warstwie wody czystej na warstwie wody słonej (Tabl. X A). Nawet, gdy przybiera on postać kulistą, spoczywa całą swą powierzchnią na wodzie, a nie w jednym punkcie tylko jak kropla rtęci o kształcie kuli na twardej podstawie. W warunkach naszego doświadczenia ani siła ciążenia ani zwilżanie nie mają żadnego wpływu, dzięki czemu, jak widzimy, powstać może duża kropla, mająca kilka centymetrów średnicy. Gdy wprawimy ją w ruch szklaną pałeczką, powoli przybiera zpowrotem swój kształt pierwotny; lub też, jakby z trudem przeszedłszy przez szereg dziwacznych postaci, rozpada się na mniejsze kule. Gdy przytkniemy pałeczkę lekko do kuli, powstaje na powierzchni zagłębienie względnie dołeczek; dążenie toluidyny do przybrania postaci kulistej jest wtedy chwilowo zakłócone, lecz zastosowuje się ona możliwie jaknajlepiej do okoliczności. Podobnie, gdy puścimy na powierzchnię rtęci jakiekolwiek ciało stałe — np. żelazną kulę — powstanie zagłębienie; powierzchnia rtęci dookoła kuli przybierze kształt, uwidoczniony na rycinie (ryc. 17). Gdy przypatrzymy się dokładnie kształtowi powierzchni rtęci u brzegu zawierającego ją naczynia, przekonamy się, że zarys jest taki sam.
Stan rzeczy jest odmienny, 
Ryc. 17. Kula żelazna, pływająca po rtęci (w przekroju. gdy płyn zwilża ścianki naczynia, w którem się znajduje, lub też powierzchnię pływającego po nim przedmiotu. Gdy nalejemy czystej wody do czystego naczynia szklanego, zauważymy, że woda wzniesie się u ścianek (ryc. 18). Jest to zjawisko bardziej złożone od poprzedniego; najwidoczniej działają tu siły przyciągające pomiędzy szkłem a wodą.
Gdy płytę szklaną zanurzymy do kuwety, wypełnionej rtęcią, i przyciśniemy ją do dna kuwety z taką siłą, że rtęć całkowicie zostanie usunięta z pomiędzy płyty a dna, płyta nader szczelnie przylgnie i tylko z wielkim trudem da się zpowrotem oderwać.
Ryc. 18. Woda, wznosząca się w górę po szkle, które zwilża.
Tłumaczy się to w sposób nader prosty, zgodnie zresztą z zasadami, jakie tylko co rozpatrywaliśmy. Aby podnieść płytę, musimy umożliwić rtęci przedostanie się pod nią, w przeciwnym wypadku płyta nie mogłaby podnieść się dostatecznie, gdyż pod nią znajdować się będzie albo próżnia albo co najwyżej trochę powietrza, którego ciśnienie szybko spadać będzie w miarę podnoszenia płyty. Ponieważ ciśnienie nad płytą przekracza ciśnienie atmosfery, siły, działające na płytę z góry, przewyższają siły, dążące do podniesienia jej. Kształt powierzchni rtęci u brzegów płyty widzimy na rycinie 19; rtęć niełatwo daje się wyciągnąć w cienką warstwę pomiędzy płytą a dnem kuwety.
Kropla cieczy, dążąca do skupienia się w kształcie kuli, robi wrażenie, jakby znajdowała się w elastycznej powłoce. Atomy rtęci na powierzchni znajdują się w warunkach nieco odmiennych od tych, w jakich pozostają atomy wewnątrz płynu, gdyż z jednej strony są swobodne, ale też litylko w tem znaczeniu mówić można w danym wypadku o błonie powierzchniowej. 
Ryc. 19. Płyta szklana na dnie kuwety z rtęcią.
Płytę przedstawiono trochę podniesioną ponad dnem, aby uwidocznić opór, jaki stawia rtęć wypełnieniu powstającej próżni. Posługujemy się tem niemniej tem pojęciem błony powierzchniowej, jako dogodnem określeniem, mówimy też o dążeniu jej do ściągania się i o jej napięciu. Bywają jednak wypadki, kiedy na powierzchni znajduje się prawdziwa błona, różniąca się swym składem od reszty płynu wewnątrz, wtedy też spostrzec możemy wynikające z takiego układu dziwne i piękne zjawiska. Przykład tego, z jakim najbardziej jesteśmy oswojeni, stanowią bez wątpienia bańki mydlane. Kładziemy do wody kawałek mydła i natychmiast możemy wodę mydlaną z łatwością ubić w pianę lub też wydmuchiwać z niej bańki. Jakąż rolę odgrywa mydło w tem zjawisku? Odpowiedź znajdziemy we własnościach cząsteczki mydła. Posiada ona kształt nader ciekawy, długość jej wiele razy przewyższa grubość; tworzy ją łańcuch atomów węgla, w całej swej długości obwieszony atomami wodoru, zakończony, u jednego końca, drobną wiązką trzech atomów wodoru, u drugiego końca niewielką grupą, złożoną z tlenu i sodu. Formułę strukturalną piszemy w sposób następujący:
Wiązka CH3 jest nader samowystarczalna; przyciąganie jej względem innych atomów lub cząsteczek jest słabe. Natomiast grupa CO2Na u drugiego końca łańcucha jest daleko bardziej towarzyska: jest to grupa aktywna, dążąca do kojarzenia się z innemi, zwłaszcza zaś dąży ona usilnie do łączenia się z cząsteczkami wody, dzięki czemu mydło tak łatwo rozpuszcza się w wodzie. Ponieważ jednak tylko jeden koniec łańcucha jest tak wybitnie aktywny pod tym względem, podczas gdy drugi koniec i boki łańcucha zachowują się odmiennie, cząsteczki mydła skłonne są do pozostawania na powierzchni wody, gdy w ciągu swej wędrówki do niej dotrą. W ten sposób powstaje na powierzchni wody rzeczywista błona, składająca się z cząsteczek mydła, stojących pionowo, jednym końcem zanurzonych w wodzie, a drugim sterczących w powietrzu. Ustawione są one obok siebie, jak zboże na polu, lub jak włosie w sztuce aksamitu. Nie są one jednak tak nawzajem od siebie niezależne, jak włoski aksamitu, związane będąc ze sobą bokami, naskutek siły, przyciągającej nawzajem tak ustawione obok siebie cząsteczki. To samo zjawisko zaobserwować możemy w innych okolicznościach, jak to zobaczymy później.
Cząsteczki mydła tworzą jakby kolczugę względnie siatkę, pokrywającą powierzchnię wody; jest to więc istotnie prawdziwa powłoka. Błonka ta rozciągliwa jest w tem znaczeniu, że, gdy ma być rozciągnięta, inne długie cząsteczki wydostają się na powierzchnię zwewnątrz płynu i wypełniają powstające wolne miejsca.
Bańka mydlana jest cienką kulistą warstwą roztworu mydła, ograniczoną zzewnątrz i zwewnątrz błonami mydlanemi; jest ona tak trwałą dzięki właśnie tym błonom. Kurczy się, gdy zwewnątrz jej wypuści się powietrze: widocznie długie cząsteczki dążą do jak najściślejszego zwarcia się z cząsteczkami wody. Musi jednak być jakaś zewnętrzna powierzchnia i z dwóch skupionych razem rodzajów cząsteczek owe długie cząsteczki łańcuchowe tworzą warstwę zewnętrzną. Nader proste doświadczenie uwidoczni nam jeszcze bardziej dążenie do kurczenia. Kółko druciane, zanurzone na chwilę w roztworze mydlanym, pokrywa się rozpiętą na niem błoną. Na błonie tej znajduje się pętla z cienkiej nitki, 
Ryc. 20. Pętla z cienkiej nitki pływa po błonie mydlanej.
Dotykamy błony wewnątrz pętli rozgrzaną igłą. Pętla momentalnie rozciąga się, tworząc idealne koło. którą przywiązaliśmy do kółka drucianego przed zanurzeniem do roztworu.
Gdy błona wewnątrz pętli nicianej zostanie przerwana za dotknięciem rozgrzaną igłą, pętla natychmiast rozciąga się, przybierając kształt doskonałego koła, jak to widzimy na rycinie. Wynika z tego jasno, że cała błona jest w stanie napięcia i dąży do kurczenia się.
Ciekawą własnością bańki mydlanej jest jej niechęć do łączenia się z innemi. Puściwszy bańkę mydlaną tak, aby zawisła na kółku (p. ryc. 21), możemy uderzać o nią drugą bańką z siłą, zdawałoby się dostateczną, aby obie bańki się rozprysły. Bańki jednak odskakują od siebie, jak piłki gumowe. Być może da się to wytłumaczyć faktem, że w obydwu bańkach warstwę zewnętrzną tworzą te właśnie końce cząsteczek, które, jak widzieliśmy uprzednio, wykazują bardzo słabe dążenie do łączenia się z innemi cząsteczkami lub częściami cząsteczek. Bańki mydlane przy zetknięciu się nie dążą do spojenia się ze sobą, ponieważ stykające się powierzchnie nie przyciągają się nawzajem.
Można się też o tem doskonale przekonać z innego pięknego doświadczenia C. V. Boys’a.[1] Puszczamy bańkę mydlaną na kółko, umocowane w statywie (p. ryc. 21a). Kółeczko z drobnym ciężarkiem umieszczone zostało, jak widzimy, u spodu bańki. Wprowadzamy od góry do wewnątrz bańki rurkę z roztworem mydlanym i zapomocą niej puszczamy drugą bańkę; gdy osiągnie ona odpowiednią wielkość, puszczamy ją swobodnie zręcznym ruchem rurki, którą następnie usuwamy. Wówczas ta druga bańka lekko osiada u spodu wewnątrz pierwszej bańki, z którą styka się wzdłuż koła, a nie w najniższym punkcie. Osiągnięte to zostało celowo przez wydłużenie zapomocą przywieszonego ciężarku bańki zewnętrznej. Bańki nie wykazują żadnego dążenia do zlania się ze sobą, jakkolwiek
Ryc. 21. Zderzenie się dwóch baniek mydlanych.
Obie bańki naciskają jedna na drugą, można też trzeć jedną o drugą, pomimo to nie spajają się ze sobą, gdyż płyny ich nie mieszają się: jedynie bowiem nieaktywne końce cząsteczek łańcuchowych stykają się nawzajem. (Z dzieła Profesora C. V. Boys’a).
stykają się wzdłuż całego okręgu koła, dlatego zapewne, że zwrócone są do siebie powierzchniami, utworzonemi przez nieaktywne czyli nietowarzyskie końce cząsteczek łańcuchowych. Jeśliby bańka zewnętrzna nie została wydłużona, obie bańki stykałyby się ze sobą w najniższych swych punktach. Zwykle pozostaje kropla roztworu u spodu bańki wewnętrznej. Gdy kropla ta zetknie się z bańką zewnętrzną, obie bańki naogół zlewają się ze sobą. Kropla roztworu tworzy jakby most pomiędzy niemi. Gdy zapomocą rurki szklanej, przetkniętej przez bańkę zewnętrzną, uda się nam osuszyć spód wewnętrznej bańki, wówczas usunąć możemy ciężarek ze spodu bańki zewnętrznej, a wtedy bańki stykać się mogą w najniższym punkcie całkiem bezpiecznie (Tabl. X B).
Piana w płynach często powstaje naskutek obecności cząsteczek, posiadających własność wytwarzania błon na powierzchni. Powstawanie piany na rzekach jest skutkiem obecności cząsteczek różnych saponin, układów łańcuchowych, jakie trafiają się w wielu roślinach i drzewach. Tak samo piana u brzegu morskiego zbiera się naskutek podobnych cząsteczek, wchodzących w skład traw morskich.
W przeciągu lat ostatnich dowiedzieliśmy się wiele o kształcie tych długich cząsteczek łańcuchowych. W szczególności zawdzięczamy zgasłemu Lordowi Rayleigh’owi, Devaux we Francji, Langmuir’owi w Ameryce, Hardy’emu i Adam’owi w Anglji rozpoznanie zjawisk, związanych z rozpostarciem oliwy na powierzchni wody. Możemy odtworzyć parę z tych doświadczeń w celu zdania sobie sprawy z wielkości zjawisk, o jakich mówimy. Staramy się przedewszystkiem o otrzymanie czystej powierzchni wodnej, t. j. takiej, która wolnaby była od wszelkich zanieczyszczeń olejami, smarami lub tłuszczami. Wskazanem jest przytwierdzenie do kranu z wodą rurki gumowej, której koniec swobodny spoczywa na dnie kuwety, tak, aby woda przelewała się przez brzegi, unosząc z sobą wszelki brud, jaki mógłby osiąść na powierzchni. Napylamy następnie powierzchnię wody cienką warstwą talku lub innego odpowiedniego proszku. Zanurzamy cienką igiełkę szklaną w olej — odpowiednią będzie oliwa — i, obtarłszy prawie całkowicie z oliwy, zanurzamy nieco zatłuszczony koniec igły do powierzchni wody. Dookoła igły powstaje momentalnie krąg, wolny od pyłu (Tabl. XI A). Okazuje się, że długie cząsteczki i w tym wypadku ustawiają się obok siebie, na powierzchni, jak uprzednio; w bańce mydlanej przedostały się one zwewnątrz, obecnie wprowadzamy je zzewnątrz. Każda z tych cząsteczek stara się utkwić swój aktywny koniec w wodzie i staje pionowo, tak, jakby była wodną rośliną, tkwiącą korzeniami i rosnącą w wodzie. Udaje się to wreszcie wszystkim cząsteczkom i wówczas cieniutka błona, grubości, odpowiadającej długości jednej cząsteczki, pokrywa powierzchnię wody; grubość jej wynosi parę dziesięciomiljonowych części centymetra. Określiwszy zapomocą wagi ilość oliwy, rozpostartej na powierzchni wody, — co nie jest łatwem zadaniem wobec tego, że ilość ta jest tak znikoma — i zmierzywszy powierzchnię wody, pokrytej oliwą, możliwem jest określenie w przybliżeniu grubości błony. Jest to właśnie metoda, stosowana przez wymienionych badaczy. W najnowszych czasach stało się możliwem dokonywanie ścisłych pomiarów tej samej wielkości zapomocą nowej metody, polegającej na zastosowaniu promieni rentgenowskich, którą spodziewamy się wkrótce objaśnić słuchaczom. Na podstawie wyników badań uprzednich możliwem było ustalenie, że grubość warstewki była taką, jaką należało przewidywać, o ileby warstewka ta była grubości, odpowiadającej długości jednej cząsteczki; rozumowanie to zostało w sposób dobitny poparte stwierdzeniem, że, gdy na powierzchni wody rozpościerano różne substancje, składające się z cząsteczek łańcuchowych różnej długości, grubość warstewki zależna była od długości odnośnej cząsteczki tak, jak być powinno.
Gdy kropelka oliwy jest dostatecznie mała, a warstwa pyłu na powierzchni wody dostatecznie cienka i równomierna, w miejscu, z którego oliwa usuwa pył, powstaje całkiem prawidłowe koło. Gdy dotkniemy powierzchnię wody w innem miejscu, powstanie tam również koło. Powstawanie kół jest zupełnie niezależne od obecności innych. Devaux widział w tem dowód, że działanie każdej kropli ograniczało się tylko do otaczającej bezpośrednio powierzchni, po której rozpościerała się dana kropla; było to zjawisko, nie obejmujące całości płynu. Odbywało się to zupełnie tak, jak należało się spodziewać, przypuściwszy, że kropla rozpościera się w warstewkę, coraz to cieńszą, aż do pewnej minimalnej grubości, po której osiągnięciu kropla już dalej rozpościerać się nie może. Gdy puścimy na powierzchnię większą kroplę, przekonamy się, że większy obszar oczyszczony zostanie z pyłu. Możemy naprzykład zapomocą niewielu kropel oliwy oczyścić z pyłu całą powierzchnię wody w dużej wannie kąpielowej. Gdy warstwa pyłu na powierzchni wody przez kilkakrotne puszczanie maleńkich kropelek porozrywana została w drobne strzępy w kilku miejscach, a pozostała powierzchnia nie jest pokryta całkowicie błoną oliwy, zdać sobie możemy sprawę z szybkości rozpościerania się oliwy, dotknąwszy powierzchni zatłuszczoną igłą w pobliżu jednego ze strzępów; zauważymy wówczas, jak raptownie strzęp ten zepchnięty zostaje z danego miejsca. Gwałtowne ruchy, jakim — w oddawna znanem doświadczeniu — ulegają kawałki kamfory, rzucone na powierzchnię wody, wywołane są działaniem takich samych sił. W miarę rozpuszczania się kamfory powstający roztwór gwałtownie rozpościera się w postaci błony po powierzchni wody, sam zaś kawałek kamfory zostaje przytem odrzucony, jak działo przy wystrzale, lub jak rakieta, z której wydostają się gorące gazy. Okruchy kamfory pędzą tam i zpowrotem, lub bardzo szybko się obracają. Gdy puścimy na wodę łódeczkę z przyczepionym ztyłu kawałkiem kamfory, łódeczka szybko popłynie (Tabl. XI B). Gdy pewna ilość takich łódeczek kamforowych oraz kawałków kamfory znajduje się w ruchu, ciekawym jest widok, jak nagle wszystko zostaje zahamowane, gdy na wodę puścimy nieco oliwy. Błona oliwy w oka mgnieniu pokrywa powierzchnię wody, skutkiem czego rozpuszczająca się kamfora nie może się po niej rozpościerać.
Wszyscy słyszeliśmy o uspokajaniu wzburzonych fal morskich zapomocą rozlewania oliwy. Możemy odtworzyć to zjawisko w długim zbiorniku, którym w tym samym celu posługiwał się tutaj Lord Rayleigh; pod naporem pędu powietrza z aparatu do odkurzania powstają fale, biegnące wzdłuż zbiornika. Jak widzimy, mamy tu prawdziwą burzę w minjaturze (Tabl. XII A, B). Jak za laską czarodziejską uspokaja się ona natychmiast po puszczeniu paru kropel oliwy na środek wzburzonej powierzchni wody w zbiorniku; po chwili warstwa oliwy zdmuchnięta zostanie ku końcowi zbiornika i fale znowu się podniosą. Powtarzać możemy doświadczenie to raz po raz. Musimy w danym wypadku przypuścić, że wiatr nie ma „chwytu“ na wodzie, pokrytej warstewką oliwy. Jak już wiemy, górną powierzchnię tej warstewki tworzą nieaktywne końce długich cząsteczek łańcuchowych; otóż jest bardzo możliwem, że cząsteczki powietrza, uderzając w tę powierzchnię, odbijają się od niej tak, jakby była całkiem gładka. Powierzchnia szorstka pchniętaby została naprzód naskutek uderzeń przez cząsteczki powietrza — mówimy o powierzchni szorstkiej w tem znaczeniu, że przerwy pomiędzy tworzącemi ją cząsteczkami są tej wielkości co uderzające cząsteczki powietrza. Ponieważ jednak powierzchnia błony oliwy jest bardzo gładka i nie wykazuje dążenia do zwarcia się z jakiemikolwiek cząsteczkami, które w nią uderzają, powietrze nie zdoła jej pchnąć ani pomarszczyć w drobne fale, z których z czasem powstałyby fale duże. Tak więc oliwa uspokaja fale, niwecząc działanie wiatru, i ruch fal zamiera naskutek ich własnego tarcia.
Przechodzimy teraz do zagadnienia „zwilżania“ powierzchni. Wiemy naprzykład, że woda zwilża czystą powierzchnię szkła, nie zwilża jednak powierzchni zatłuszczonej, chociażby nawet warstwa tłuszczu była prawie niewidzialna. Cząsteczki wody stanowczo sprzeciwiają się łączeniu się z cząsteczkami tłuszczu. Nie jest to może niespodzianką wobec tego, że, jak widzieliśmy, w niektórych przynajmniej wypadkach długie cząsteczki, z których składają się tłuszcze i oleje, zwracają się nazewnątrz swojemi końcami nieaktywnemi, które nader słabo przyciągają cząsteczki wody. Tak np. woda, rozlana na tłustej powierzchni, skupia się w krople zupełnie tak samo, jak rtęć, rozlana na stole; kształt, jaki przybiera woda, spowodowany jest wzajemnem przyciąganiem się jej cząsteczek. Naoliwioną igłę położyć możemy na wodzie, igła pogrąży się w wodzie natyle tylko, że na powierzchni powstanie zagłębienie tak zupełnie, jak gdyby woda pokryta była skórką, lekko uginającą się pod ciężarem igły. Jeszcze bardziej uderzającym jest widok pływającego sita drucianego, posmarowanego tłuszczem (ryc. 22). Sito zanurza się w roztopioną parafinę, po wyjęciu potrząsa się, aby oczka nie były zalepione, i wysusza się. Wskazanem jest nie dotykać sita palcami. Pływać ono będzie po wodzie z łatwością, dając się nawet obciążyć dosyć znacznym ładunkiem, jak to wykazał Boys podczas wykładów swych, wygłoszonych w okresie Świąt Bożego Narodzenia przed wielu laty. Sito można również napełnić wodą; nie należy jednak lać wody do sita gwałtownie, lecz wlewać powoli na kawałek papieru, który można następnie usunąć. Aby pokazać, że oczka sita nie są zatkane, poruszyć możemy gwałtownie sitkiem, naskutek czego błonka wody się przerywa i woda rzęsistym deszczem spada na podłogę.
którym staje się ona dostatecznie lekką, aby ponownie wypłynąć na powierzchnię. Powtarzać się to będzie przez wiele minut aż do chwili, gdy woda sodowa wyczerpie się z gazu.
Zajmującem będzie, gdy zamiast winnej jagody wrzucimy do szklanki dwie kulki szklane. Zostały one przedtem umyte w wodzie z mydłem. Pęcherzyki nie tworzą się na nich i obie pozostają na dnie. 
Ryc. 22. Sito posmarowane tłuszczem. (Z dzieła Prof. C. V. Boys’a) Wyjmujemy jedną z kulek i nacieramy zatłuszczonym palcem. Po tym zabiegu, kulka, wrzucona ponownie do szklanki z wodą sodową, zachowuje się tak zupełnie, jak winna jagoda: wydostaje się na powierzchnię, gdy osiądzie na niej dostateczna ilość pęcherzyków, opada na dno, gdy część pęcherzyków się od niej oderwie, i t. d.
Musimy sobie uprzytomnić, że, gdy w wodzie sodowej powstaje pęcherzyk dwutlenku węgla, cząstki gazu, aby móc się w danem miejscu zebrać, wypierają stamtąd wodę. Cząsteczki jednak wody, przylegając mocno do siebie, sprzeciwiają się rozerwaniu. Z tego też powodu widzimy, że pęcherzyki nie tworzą się pośrodku szklanki z wodą. U ścianki, gdy szkło jest czyste, woda zwilża szkło czyli, innemi słowami, cząsteczki wody jeszcze silniej przylegają do szkła, aniżeli do siebie wzajemnie. W tych warunkach i tu pęcherzyki powstawać nie mogą, gdyż oderwać musiałyby cząsteczki wody od szkła. Rzecz się przedstawia odmiennie, gdy powierzchnia szkła jest zatłuszczona, gdy przeto cząsteczki wody nie przylegają istotnie do szkła, a tylko są doń przyciśnięte parciem znajdującej się za niemi wody. W tym wypadku pęcherzyki mają gdzie powstawać i szybko powiększają swą objętość. Gdy pęcherzyki osiągną już pewną wielkość, łatwiej wypierać mogą otaczającą je wodę. Zjawisko to bodaj że najpiękniej wyjaśnia jeszcze jedno z doświadczeń Boys’a z bańkami mydlanemi. Dwie bańki różnej wielkości uczepiamy u przeciwległych końców tej samej rurki, przedzielonej kurkiem. Gdy, przekręciwszy kurek, połączymy ze sobą wnętrza baniek, powietrze z mniejszej bańki przepływa całkowicie do większej i mniejsza bańka zanika. Wśród mnóstwa pęcherzyków w wodzie sodowej, gęsto osiadających na ściance lub na winnej jagodzie, większe dążą do pochłonięcia mniejszych, a wszystkie razem do wspólnego złączenia się.
Sznureczki pęcherzyków, które niekiedy widzieć można, dążące w górę z określonych punktów powierzchni szklanki, powstają naskutek pewnej nierówności w szkle — małej wyniosłości np. — na której nie może ukształtować się większy pęcherzyk, gdyż, gdy tylko zacznie się tworzyć, natychmiast się odrywa.
Ta właściwość niektórych ciał przyciągania do siebie pod wodą pęcherzyków i wydostawania się wraz z niemi na powierzchnię stała się w latach ostatnich podstawą wielkiego przemysłu metalurgicznego. Starte na proszek rudy różnych metali tworzą mieszaninę z cząstek kamiennych, jak kwarc i różne krzemiany, i z cząstek siarczków metali. Mieszaninę tę zaprawia się wodą i dodaje nieco oliwy. Można przytem osiągnąć, że cząstki, zawierające metal, pokryte zostaną błonką oliwy, której woda nie zwilża, podczas gdy powierzchnia cząstek kamiennych pozostaje się czystą i zwilża się. Powstałą ciastowatą masę ubija się następnie w pianę. Wszystkie cząstki, zawierające metal, pokrywają się pęcherzykami i wydostają się na wierzch, tworząc gęsty spieniony kożuch; reszta rudy pozostaje na dnie wanny, dzięki czemu obydwa składniki dają się łatwo oddzielić.
Jest jeszcze inne doświadczenie, które dopomoże nam do wyjaśnienia powyższych praw. Wiemy, że woda podnosi się u ścianek zawierającego ją czystego naczynia szklanego. Cząsteczki przylegają do szkła i jakby jedna na drugą wspinają się po ścianie, aby przyczepić się do niej. Gdy wstawimy do wody blisko obok siebie dwie płyty szklane, woda między niemi podniesie się powyżej swego poziomu nazewnątrz. Cząsteczki, wspinające się po jednej ścianie, pomagają obecnie wspinającym się po drugiej. 
Ryc. 23. Dwie puste kulki szklane, pływające po wodzie.
Ciśnienie w punkcie Q jest mniejsze aniżeli w punkcie R, ponieważ Q znajduje się w wodzie na wyższym poziomie. Ciśnienie w punkcie R jest takie same, jak w punkcie S, ponieważ punkty R i S leżą na tym samym poziomie. Ciśnienie w punkcie S jest ciśnieniem atmosfery, taksamo, jak w punkcie P. Stąd wynika, że ciśnienie w P jest większe od ciśnienia w Q, naskutek czego jedna kulka popchnięta zostaje ku drugiej. Powiadamy, że zjawisko to polega na działaniu „włoskowatości“; nazwa ta powstała stąd, że działanie, o którem mowa, tak wybitnie ujawnia się w rurkach bardzo cienkich czyli „włoskowatych“. Woda w cienkim kanale podnosi się na bardzo znaczną wysokość, osiągając przeszło trzy centymetry w rurce o 1 mm. średnicy. Gdy puścimy na powierzchnię wody pustą kulkę szklaną, woda podniesie się u jej obwodu. Gdy odległość pomiędzy dwiema pływającemi kulkami będzie nieznaczna — około półtora centymetra, — kulki zbliżać się będą do siebie z coraz to większą szybkością. Zrozumiemy to, przyjrzawszy się rysunkowi na ryc. 23. Dwie kulki szklane pływają po wodzie. Ciśnienie w punkcie Q jest mniejsze aniżeli na poziomie, oznaczonym linją przerywaną, ponieważ punkt Q leży w wodzie na wyższym poziomie. Ciśnienie na poziomie linji przerywanej równa się ciśnieniu atmosfery, ponieważ linja ta jest przedłużeniem poziomu wody nazewnątrz. Tak więc obydwa ciśnienia, oznaczone przez P, równe mniejwięcej ciśnieniu atmosfery przewyższają obydwa ciśnienia oznaczone przez Q i popychają kulki ku sobie.
Jeśli na powierzchni wody umieścimy dwie kulki z parafiny, albo też dwie kulki szklane, pokryte warstwą parafiny, obie kulki przyciągać się będą nawzajem tak, jak poprzednio czyste kulki szklane, jakkolwiek w tym wypadku działanie jest nieco odmienne. 
Ryc. 24. Dwie potłuszczone kulki szklane, pływające po wodzie.
Ciśnienie w punkcie P jest większe od atmosferycznego, a przeto od ciśnienia w punkcie Q, naskutek czego kulki popychane są ku sobie. Jak widzimy na rycinie 24, obie kulki wspólnie wytwarzają wklęśnięcie na powierzchni wody, i znowu, gdy zbadamy siły, działające na kulki, przekonamy się, że ciśnienia tak są rozłożone, iż kulki popychane są ku sobie. Atoli czyste kulki szklane unikają zderzenia z kulkami z parafiny. W tym wypadku 
Ryc. 25.
Woda zwilża kulkę po lewej stronie; kulka po prawej stronie jest potłuszczona i nie jest zwilżona. Ciśnienie w P jest większe aniżeli w Q, a ciśnienie w P′ jest większe aniżeli w Q′. Tak więc kulki odepchnięte zostają od siebie. działanie jest nieco bardziej złożone, lecz można sobie zdać z niego sprawę zapomocą ryciny, na której pokazane są siły działające. Gdy naczynie z wodą jest czyste i woda podnosi się w górę wzdłuż ścianek, czyste kulki szklane przyciągane są również przez ścianki zupełnie tak, jak przyciągają się nawzajem. Kulki parafinowe natomiast unikają ścianek naczynia. Jeśli teraz ostrożnie napełnimy naczynie wodą po same brzegi tak, że brzeg wody nie wygina się już w górę ku ściance, lecz nazewnątrz wdół ku brzegowi naczynia, czyste kulki oddalają się od ścianek ku środkowi naczynia, a parafinowe zbliżają się do ścianek.
We wszystkich tych rozpatrzonych przez nas faktach przejawia się jedno i to samo prawo, według którego powstają i kształtują się ciecze, mianowicie siła wzajemnych przyciągań pomiędzy atomami i cząsteczkami. Przyciągania te są dostatecznie silne, aby utrzymać stałą łączność pomiędzy temi atomami i cząsteczkami, nie są jednak dość silne na to, aby związać je w sztywne i stałe ciało. Zapamiętać też należy, że cząsteczki wiążą się ze sobą w całkiem określonych punktach; dana część cząsteczki zdolna jest silnie przywrzeć do danej części innej cząsteczki. Gdy te same cząsteczki zetkną się ze sobą, inaczej do siebie zwrócone, mogą one tylko słabo dążyć lub też nie dążyć wcale do połączenia się ze sobą.
- ↑ C. V. Boys: „Soap Bubbles and the Forces which Mould Them“ („Bańki Mydlane i Siły, które je tworzą“).
