7 Oberflächenspannung und Kapillarkräfte

Wasser besteht aus Wassermolekülen, ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom (O) und zwei Wasserstoffatomen (H):

Wassermoleküle üben aufeinander eine anziehende Kraft aus, daher halten sie als Flüssigkeit zusammen und fliegen nicht wie die Moleküle der Luft durch den Raum.
Im Wasser wird jedes Wassermolekül von all seinen Nachbarn angezogen, also in allen Richtungen "festgehalten". Weil die Kräfte in alle Richtungen gleichzeitig wirken, heben sie sich gegenseitig auf und das Wassermolekül kann sich so auch in alle Richtungen durch das Wasser bewegen.

Wassermoleküle an der Wasseroberfläche erleben ein ganz anderes Kräfteverhältnis. Sie werden von ihren "Kolleg:innen" in das Wasser hineingezogen, aber in Richtung Luft wirken keine Kräfte. Auf diese Weise entsteht eine resultierende Kraft (breiter Pfeil) in das Wasser hinein. So bilden diese Wassermoleküle der Wasseroberfläche eine Art "Haut". Es gibt Insekten, die auf dieser Haut laufen können.

Kapillarkräfte

Wenn sich Wasser zum Beispiel in einem Glasbehälter befindet, dann ist die Anziehungskraft zwischen den Molekülen des Glasbehälters und denen des Wassers größer als die Anziehungskraft der Wassermoleküle untereinander. Das führt am Rand es Behälters zu einer resultierenden Kraft nach oben:

Besonders gut sieht man das, wenn man schmale Glasröhrchen ins Wasser hält. Dann "kriecht" das Wasser an den Wänden der Röhrchen ein wenig nach oben. Je schmaler die Röhrchen sind, desto höher kriecht das Wasser:

Nach diesem Prinzip versorgen sich auch Pflanzen mit Wasser. Das Wasser steigt über diese Kapilarkräfte in den Pflanzenfasern bis in die Baumkronen. Es gibt Bäume, die über 100 Meter hoch wachsen.
Auch bei der Papierchromatographie sind diese Kapillarkräfte für das Trennen unterschiedlicher Chemikalien verantwortlich.

Was muss ich wissen?

Wasser besteht aus Molekülen, die aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom zusmmengesetzt sind (H₂O)
Zwischen den Wassermolekülen wirken Anziehungskräfte
Wassermoleküle ziehen sich gegenseitig an, sie halten sich fest. Die Moleküle an der Oberfläche haben weniger Wassermoleküle als Nachbarn, denn an einer Seite ist ja die Luft. Sie können ihre Anziehungskraft also auf weniger Nachbarn verteilen und halten sich an diesen daher um so stärker fest. So bildet sich eine Oberflächenspannung.
Kapillarkräfte entstehen, wenn die Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen und den Molekülen einer Gefäßwand stärker sind als die Anziehungskräfte der Wassermoleküle untereinander
Aufgrund der Kapillarkräfte kann Wasser in dünnen Röhren nach oben "kriechen" oder sich an den Fasern eines Filterpapiers entlang ausbreiten. Auch Pflanzen versorgen sich mit Hilfe der Kapillarkräfte mit Wasser.

Backlinks:
2 Physikbücher:Naturwissenschaften für die FSP