почему ртуть не смачивает стекло

Ртуть не смачивает стекло из-за особенностей взаимодействия между молекулами самой ртути и атомами стекла. Если по-простому: ртути «приятнее держаться за саму себя», чем цепляться за стекло.

Разберём по шагам.

1. Что значит «смачивать»?

Жидкость смачивает поверхность, если:

• она растекается по ней тонким слоем,

• капля получается плоской, с маленьким углом между краем капли и поверхностью.

Если жидкость не смачивает, то:

• капля собирается в почти шарик,

• угол между каплей и поверхностью большой (больше 90°).

Вода на чистом стекле — хороший пример смачивания: она растекается и даёт почти плоскую лужицу. Ртуть — наоборот: лежит крупной блестящей каплей, как шарик.

2. Силы сцепления: «своих» vs «чужих»

Есть два типа взаимодействий:

1. Когезия – притяжение между частицами одной и той же жидкости (ртуть–ртуть).

2. Адгезия – притяжение между жидкостью и твёрдым телом (ртуть–стекло).

Если:

• адгезия > когезии → жидкость растекается и смачивает поверхность (как вода на стекле);

• когезия ≫ адгезии → жидкость собирается в шарик и не смачивает (как ртуть на стекле).

У ртути силы притяжения между её собственными атомами очень сильные (металлическая связь + высокая поверхностная энергия), а взаимодействие с стеклом слабое. Поэтому ртуть стремится минимизировать контакт со стеклом и «стягивает» себя в шар.

3. Поверхностное натяжение ртути

У ртути очень большое поверхностное натяжение. Это величина, которая как бы «стягивает» поверхность жидкости, заставляя её занимать минимальную площадь.

• Большое поверхностное натяжение → капля стремится к форме шара (у шара при данном объёме минимальная площадь поверхности).

• Чтобы жидкость растеклась и смочила поверхность, ей «выгодно» потратить часть этой энергии на взаимодействие с поверхностью. Для этого адгезия должна быть сильной.

У воды поверхностное натяжение меньше, а взаимодействие с полярным стеклом сильное → вода легко растекается.
У ртути поверхностное натяжение очень велико, а взаимодействие со стеклом слабое → ртуть остаётся шариком.

4. Почему стекло «нравится» воде, но не ртути

Стекло — это в основном оксид кремния (SiO₂) и другие оксиды. Его поверхность:

• полярная,

• содержит группы, которые могут образовывать водородные связи или сильные дипольные взаимодействия с молекулами воды.

Вода:

• полярная молекула,

• легко вступает в водородные связи с поверхностью стекла.

Поэтому вода сильно «прилипает» к стеклу — адгезия велика, и она стекло смачивает.

Ртуть:

• это металл с металлической связью,

• у неё нет такого механизма образования прочных связей с поверхностью стекла, как у воды.

Взаимодействие «ртуть–стекло» слабое по сравнению с «ртуть–ртуть». В результате ртуть предпочитает держаться за свои атомы, а не за стекло.

5. Геометрия капли: контактный угол

Физики описывают смачивание через контактный угол — угол между поверхностью твёрдого тела и касательной к поверхности капли в точке контакта.

• Если угол < 90° → жидкость смачивает поверхность (как вода на стекле).

• Если угол > 90° → жидкость не смачивает поверхность (как ртуть на стекле).

У ртути на стекле этот угол большой, поэтому она выглядит как почти идеальный блестящий шарик и легко перекатывается — признак плохого смачивания.

6. Итог в одном предложении

Ртуть не смачивает стекло, потому что силы притяжения между атомами ртути гораздо сильнее, чем силы притяжения между ртутью и стеклом: из-за большого поверхностного натяжения и слабой адгезии к стеклу ртути энергетически выгоднее собираться в шар и минимизировать площадь соприкосновения со стеклом.