Почему в опыте капля оливкового масла не растекается по всей поверхности воды а образует пятно

Поведение капли оливкового масла на поверхности воды объясняется взаимодействием сил поверхностного натяжения, молекулярным строением веществ и действием силы тяжести. 1. Поверхностное натяжение и условие растекания Основной причиной того, почему масло образует пятно (линзу) определенного размера, а не распределяется мономолекулярным слоем по всей площади, является баланс сил на границе трех фаз: воздуха, воды и масла. Для того чтобы жидкость полностью растеклась, должно соблюдаться условие: ${\sigma }_{в}>{\sigma }_{м}+{\sigma }_{вм}$ Где:

• ${\sigma }_{в}$ — поверхностное натяжение воды. ${\sigma }_{м}$ — поверхностное натяжение масла. ${\sigma }_{вм}$ — межфазное натяжение на границе вода-масло.

В случае с оливковым маслом суммарная энергия раздела фаз масла и границы «масло-вода» достаточно велика. Когда капля достигает определенного диаметра, силы стягивают её края, препятствуя дальнейшему расширению. 2. Химическая природа молекул Оливковое масло состоит преимущественно из триглицеридов жирных кислот. Эти молекулы дифильны: у них есть небольшая полярная «голова», которая притягивается к воде (гидрофильность), и длинные неполярные углеводородные «хвосты», которые воду отталкивают (гидрофобность).

1. При попадании на воду молекулы ориентируются вертикально: «головы» погружаются в воду, а «хвосты» направлены вверх.
2. Как только поверхность воды под каплей плотно заполняется этими ориентированными молекулами, остальной части масла становится «энергетически невыгодно» соприкасаться с водой.
3. Избыточное масло остается в виде линзы поверх сформированного тонкого слоя.

3. Сила тяжести vs Капиллярные силы Размер пятна также зависит от объема капли:

• Малые капли: Удерживаются силами поверхностного натяжения в виде выпуклых линз.
• Большие капли: Под действием силы тяжести они сплющиваются и распределяются шире, но все равно ограничиваются краевым углом смачивания.

4. Влияние чистоты поверхности Важным фактором в физических опытах является чистота воды. Поверхностное натяжение чистой воды очень высокое ( $72,8\text{мН/м}$ при $20\text{°C}$). Если вода загрязнена (например, остатками мыла или другими ПАВ), её натяжение падает, и масляное пятно будет еще менее склонно к растеканию, принимая более компактную форму. Резюме: Масло образует пятно, потому что силы взаимного притяжения молекул масла друг к другу и межфазное натяжение на границе с водой оказываются сильнее, чем стремление масла распределиться по поверхности. Система стремится к минимуму свободной энергии, что в данных условиях соответствует форме линзы, а не бесконечно тонкой пленки. Я могу рассчитать теоретическую толщину такой пленки или объяснить, как меняется поведение капли при добавлении в воду моющих средств.