액체

표면장력

분자가 액체를 형성하게 되면 표면에 있는 분자와 내부에 있는 분자의 입장이 서로 달라진다. 표면의 분자는 내부의 분자에 비하여 주변에 다른 분자가 거의 반만 존재하기 때문에 결합에너지가 반으로 줄어들게 된다.

액체의 표면적이 넓어지게 되면 많은 수의 분자가 표면에 존재하게 되어 액체를 형성하는 에너지가 커져야 하므로 되도록이면 표면적을 줄이려고 한다. 이에 따라 구형을 하게 되는 데 중력이 작용한다면 질량중심을 낮추려는 하는 힘 때문에 결국에는 납작한 타원체의 모양을 할 것이다.

액체의 내부 분자의 결합력에 의해 표면적을 줄이려고 하는 경향은 표면장력(surface tension)이라는 힘으로 나타난다.

_ 질량중심

모세관 현상

아래 프로그램은 액체가 가느다란 관 속에 담겨 있을 때 용기를 구성하는 분자와 액체와의 판데르발스 힘에 따라 표면이 위로 볼록하거나 오목한 모양을 하는 것을 보여준다. 시간을 충분히 두어 액체의 평균 높이(수면)의 모양을 관찰해 보자.

앞의 프로그램을 오래 실행시켜서 액체의 평균 높이를 정교하게 구해보면 용기와 액체사이의 상대적인 판데르발스 힘에 따라 오른편의 두 그림과 같은 두 가지 모양이 나타난다. 이 중에서 유리 관 속에 물을 부었을 때의 모양은 두 그림 중에서 왼편의 형태와 유사하다. 이는 유리의 분자와 물의 분자가 물 분자끼리 보다 더 강한 인력에 의해 서로 당겨주기 때문이다. 한편 같은 유리 관속에 수은을 부었을 때에는 오른편의 그림과 유사한 모양이 나타나는 데 이는 수은끼리가 수은과 유리 분자보다 더 강한 판데르발스 인력으로 결합되기 때문이다.

이러한 현상이 극대화되어 나타나는 것으로 가느다란 관 속으로 물이 빨려 올라가는 현상이 있다. 이를 모세관 현상(capillary phenomenon)이라 하여 식물이 뿌리에서 잎으로 물을 빨아올리는 원리가 된다.

_ 판데르발스 힘_ 액체 상