ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, сила протяжения, с к-рой каждый участок поверхностной пленки (свободной поверхности жидкости или же любой поверхности раздела двух фаз) действует на смежные части поверхности. Внутреннее давление и П. н. Поверхностный слой жидкости ведет себя, как эластическая растянутая мембрана. Согласно представлению, развитому гл. обр. Лапласом (Laplace), это свойство жидких поверхностей зависит от "молекулярных сил притяжения, быстро убывающих с расстоянием. Внутри однородной жидкости силы, действующие на каждую молекулу со стороны молекул, ее окружающих, взаимно уравновешиваются. Но вблизи поверхности равнодействующая сил молекулярного притяжения направлена внутрь; она стремится втянуть поверхностные молекулы в толщу жидкости. Вследствие этого весь поверхностный слой подобно упругой растянутой пленке оказывает на внутреннюю массу жидкости в направлении, нормальном к поверхности, весьма значительное давление^ По подсчетам это «внутреннее давление», под которым находится вся масса жидкости, достигает нескольких тысяч атмосфер. Оно возрастает на выпуклой поверхности и убывает на вогнутой. В силу стремления свободной энергии к минимуму всякая жидкость стремится принять форму, при к-рой ее поверхность—место действия поверхностных сил—имеет наименьшую возможную величину. Чем больше поверхность жидкости, чем большую.площадь¹ занимает ее поверхностная пленка, тем значительнее запас свободной поверхностной энергии, освобождающейся при ее сокращении. Натяжение, с которым каждый участок сокращающейся^ поверхностной пленки действует на смежные 'части (в направлении, параллельном свободной поверхности), называется П. н. В отличие от эластического напряжения упругого растянутого тела, П. н. не ослабевает по мере сжатия поверхностной пленки. Еслиег—П. н., о—свободная поверхность жидкости, то поверхностная энергия равна е=<т.о. Поверхностное натяжение равняется рабрте, к-рую нужно совершить, чтобы увеличить свободную поверхность жидкости на единицу. П. н. наблюдается на границе жидкости с газом (также и с собственным паром), с другой несмешивающейся жидкостью или же с твердым телом. Точно так же и твердое тело имеет П. н. на границе с газами и жидкостями. В отличие от П. н., к-рое жидкость (или твердое тело) имеет на своей свободной поверхности, граничащей с газообразной средой, натяжение на внутренней границе двух жидких (или жидкой и твердой) фаз удобно обозначить специальным термином—принятым в немецкой литературе .термином «пограничное натяжение» (Grenzflachenspannung). Если в жидкости растворено вещество, понижающее ее П. н., то свободная энергия уменьшается не только пу- тем уменьшения величины пограничной поверхности, но и посредством адсорпции (см.): по-верхностноактивное (или капилярноактивное) вещество собирается в повышенной концентрации в поверхностном слое. Так как адсорп-ция требует некоторого времени, то свежая поверхность жидкости имеет другое, более высокое значение П. н., чем по окончании адг сорпции, П. н., измеренное на свежей, только-что образовавшейся поверхности, называется динамическим; измерение после установления адсорпционного равновесия между поверхностью и раствором дает статическую величину. _гТак как самого незначительного загрязнения может быть достаточно для заметного изменения П. н. чистой жидкости, то точное определение его величины представляет нередко значительные трудности. Методы измерения. Методы, позволяющие измерять П. н. жидкостей, крайне разнообразны, однако широкое распространение получили'лишь немногие из них. К а-пилярныймея'од заключается в измерении уровня жидкости в капиляре. Если капиляр погружен вертикально в жидкость, смачивающую его стенки, то жидкость в капиляре поднимается. Равновесие наступает тогда, когда вес поднятого столба жидкости делается равным действующей на него силе. Последняя представляет произведение величины П. н. на длину окружности внутреннего разреза трубки. Обозначая через г радиус трубки, через <?—ускорение силы тяжести, находят: 2пг.а—л)Ц1йд или a--=¹J₂hrdg. Если .капиляр не смачивается жидкостью (например стеклянная трубка в ртути), то та же формула выразит понижение уровня жидкости в капи-' ляре. Мениск жидкости в капиляре будет в этом случае не вогнутым, а вьцтуклым. Для более точного подсчета нужно ввести поправку на краевой угол (а), к-рый образует жидкость в мениске со стенкой капиляра. В действительности столб жидкости в капиляре удерживается не всей силой П. н., а только ее вертикальной слагаемой ff.cosa. Поэтому правую часть приведенной выше формулы следует еще разделить на cos a.—Другим методом служит отрывание твердого контура. Если* на поверхности жидкости находится смачиваемый ею твердый контур, например тонкое платиновое кольцо, то для поднятия и отрывания его необходимо преодолеть натяжение удерживающей его жидкой пленки. Внешняя сила, к-рую нужно для этого приложить, пропорциональна П. н. жидкости. Для измерения этой силы можно пользоватьея крутильными весами. Очень широкое распространение получил капельный метод, основанный на измерении числа капель, на которые, распадается данное количество жидкости, вытекая-из .узкой вертикальной трубки. Капля, висящая на. нижнем конце вертикальной трубки, отрывается, когда ее вес делается .равным произведению длины окружности, составляющей ее основание, на П. н. жидкости. В действительности однако полученная т. о. величина оказывается всегда меньше истийной, т$к как небольшая часть капли при ее отрывании остается висеть на трубке. Вс*е же при определенной. форме нижнего отверстия трубки вес медленно вытекающих капель оказывается хотя и не равным, но приблизительно пропорциональным весу капель, висящих на конце трубки в^ 73В момент отрывания, а следовательно и П. н. -жидкости. Прокалибровав такой прибор (т. н. . сталагмометр) жидкостью известного П. н., напр. водой, можно затем пользоваться им Для исследуемой жидкости. Для этого достаточно ^подсчитать число капель (п и п'), на которые распадается, вытекая из сталагмометра, данный объем жидкости. Зная удельный вес обеих жидкостей, назСодят: ст= а' • ^-р- Большими лреимуществами обладает метод давления, основанный на измерении давления, необходимого для медленного продавливания через жидкость пузырьков воздуха. Если в жидкость погружена трубка с тонким капиляр-ным острием, то требуется определенное давление на находящийся в трубке воздух, чтобы заставить его выходить из отверстия. Это давление пропорционально П. н. жидкрсти, которое преодолевается при образовании пузырька воздуха с новой пограничной поверхностью. В недавнее время этот метод "был удачно усовершенствован Ребиндером. Он пригоден также для измерения пограничного натяжения, если вместо пузырьков воздуха из острого ка-лилярного кончика, погруженного в одну жидкость, выдавливать капельки другой. П.. н. жидкостей. При помощи описанных, методов было измерено П. н. различных жидкостей. Для нек-рых из них. его значение (выраженное в абсолютных единицах •— дин/сж) лрийедено в след. таблице [во втором столбце таблицы указано, производилось ли измерение на границе с воздухом (В) или же с собственным паром исследуемой жидкости (П)]. ния или даже несколько повышают его (минеральные соли, сахара). Вещества, понижающие П. н. своего растворителя, называются поверх-ностноактивными или капилярноактивными. Пограничное натяжение. Натяжение между неводньГми фазами, с одной стороны, и водой или водными растворами, с другой, изучено значительно меньше, чем П. н. последних. Между тем именно это пограничное натяжение представляет наибольший интерес для биолога, т. к. им определяются капилярные явления на границе протоплазмы и рмываю-щего ее водного раствора. В следующей таблице приведено П. н. на границе между водой и нек-рыми органич. жидкостями (при 30°). Неводная фаза а Неводная фаза и Амилацетат . . Амиловый спирт Нитробензол . . 10,80 4,86 6,00 32,5 4,28 24,10 , Пар альдегид . . Сероуглерод . . Хлороформ.. . i Этилацетат. . Этиловый эфир 9,6 46,31 34,6 31,4 6,27 11,13 Жидкость Газ г а дин/си Жидкость Газ t° а дин/си Глицерин .... Касторовое масло в в в - в 1?,5 16,8 17,5 18,0 18,0 18,0 20,0 40,84 23,35 29,16 73,7 64,7 36,1 23,96 Оливковое масло Сероуглерод. . . Скипидар .... Уксусная к-та . Этиловый спирт Этиловый эфир . п п п 18 20 20 20 20 20 33,06 465,00 32,02 26,76 23,46 22,03 16,49 . Подобно чистым жидкостям, водные растворы различных веществ могут также весьма значительно отличаться друг от друга по величине своего П. н. В следующей таблице приведено (по измерениям И. Траубе) П .н. 0,25 мол. растворов различных веществ. Раствор (7 Раствор а Изоамиловый Мочевина.... 71,6 29,9 Муравьиная Ацетамид.... 70,5 к-та . . 70,0 63,6 Паральдегид . . 50,1 Изобутиловый 71-пропиловый 44,1 57,7 Изовалериано- Пропилформиат 47,3 вая к-та . . . 35,0 Пропион. к-та 60,1 Винная к-та. . 71,5 Сахароза .... 72,1 Глюкоза .... 71,9 Уксусная к-та 66,8 n-масляная к-та ,47,9 Уксуснокислый Окси-йзо-масля- натрий .... 71,6 ная к-та . . . 63,3 Щавелевая к-та 71,0 . Метилацетат . i. 60,0 Этилацетат . . . 49,7 Метилов, спирт 69,2 Этиловый спирт 66,0 Метил-пропио- Этиловый эфир 53,2 .49,9 \ Яблочная к-та • 70,3 Как показывают приведенные данные, многие растворенные вещества (особенно высшие гомологи одноатомных спиртов, жирных к-т, эфиров) весьма сильно понижают П. н. воды. Другие не оказывают на П. н. заметного влия- Измерения пограничного натяжения ясно показывают, что не существует никакого соответствия между П. н. различных чистых жидкостей на границе с воздухом и их натяжением на границе с какой-либо жидкостью, например водой. Отсюда следует, что в изокапилярных растворах различных веществ пограничное натяжение между протоплазмой и окружающей ее водной средой может быть весьма неодинаковым. Температура оказывает существенное влияние на П. н., вызывая довольно значительное понижение его при нагревании. Примером могут служить следующие измерения П. н. воды: при'О⁰ сг=75,97, при 20° а- 72,75, при 40" <т=69,55, при 60° (7=66,28, при 80" <т=62,75. Для пограничного натяжения подобной'зависимости установить нельзя,так как в зависимости от характера соприкасающихся жидкостей оно может различным образом изменяться при повышении t°. П. н. к р о в и. Измерения динамического П. н. кровяной плазмы дают значения, несколько превышающие П. н. чистой воды. Такие цифры получаются однако лишь при очень чистом приготовлении плазмы. Самый незначительный гемолиз эритроцитов вызывает падение П. н.; прибавление 0,1% НЬ понижает его на 12—14 дин. Динамическое П. н. кровяной плазмы подвергается б. или м. значительным колебаниям при различных заболеваниях. Наиболее резкое его уменьшение наблюдалось при анафилактическом шоке. При самом легком шоке это уменьшение составляло около 3 дин, при смертельных дозах—5—8 и 'даже 10 дин. Кровяная сыворотка имеет меньшее динамическое П. н., чем плазма. Ста-лагмометрическое определение дает для нее у человека по одним авторам 68—69, по другим— 67,5 дин/си. Если динамическое П. н. крови может представлять известный интерес, в некоторых случаях даже как диагностический признак, то следует все же помнить, что для соприкасающихся с кровью клеточных поверхностей решающее значение должно иметь ее статическое пограничное натяжение. Извест- ным приближением к этой величине служит статическое П. н. Статическое П. н. крови значительно ниже динамического. Согласно Бринк-ману (Brinkman) его значения для оксалат-ной плазмы составляют в среднем 55,4—57,2 у мужчин, 59,2—61,5 дин/см у женщин. Как показал дю Ноюи (du Noiiy), различие между статической и динамич. величиной И. н., сравнительно небольшое в .чистой сыворотке, резко возрастает при ее разбавлении физиол. раствором NaCl, достигая максимума при определенной концентрации сыворотки, равной обычно приблизительно 10~⁴. При этой концентрации статическое П. н. не превышает еще исходного значения, между тем как динамическое приближается к П. н. чистого солевого раствора. Вследствие этого свеже приготовленный _ раствор при стоянии (в течение 2 часов) дает максимальное падение П. н., соответствующее переходу от динамического натяжения к статическому. При явлениях иммунизации дю Ноюи обнаружил характерные изменения величины этого максимального падения. После введения антигенов одновременно с выработкой антител наблюдалось возрастание этой величины, благодаря чему оказывалось возможным при помощи чисто физического метода отличать иммунную сыворотку от нормальной. Чем больше капилярноактивных коллоидов содержится в сыворотке, тем выше разбавление, при котором получается описываемое максимальное падение величины натяжения со временем. Это разбавление может так. обр. служить мерой содержания капилярноактивных веществ в сыворотке. Понижая П. п. раствора, коллоиды крови могут в то же время препятствовать его дальнейшему снижению другими веществами с большей капилярной активностью; последние адсорбируются кровяными коллоидами и извлекаются ими из раствора. Так например при прибавлении к крови небольшого количества олеиновокислого натрия П. н. падает лишь на очень короткий срок и быстро (уже через несколько минут) возвращается к своей первоначальной величине. Подобным же образом кровь очевидно может обезвреживать действие других попадающих в нее капилярноактивных веществ, напр. желчных солей. П. н. протоплазмы. До настоящего времени нет достаточно надежных методов для измерения П. н. клеточной поверхности и внутренних пограничных поверхностей клетки. А между тем П. н. протоплазмы имеет очень большое значение как фактор, оказывающий нередко решающее влияние на . фирму клетки и на динамику многих клеточных процессов. Прежде всего капилярными силами, стремящимися сжать свободную поверхность до минимума, объясняется сферическая, шарообразная форма, которую принимают многие изолированные клетки. К той же ,форме приближается всякая протоплазма, освобожденная от твердых оболочек или от действующих на нее направляющих сил. В компактной массе тесно сближенных клеток, образующих однородную ткань, стремление свободной поверхности к минимуму приводит к другим результатам. В этом случае клетки, сдавливая друг друга, принимают многогранную форму, причем их грани располагаются под определенным углом друг к другу..Поперечный разрез такой ткани показывает, что клеточные стенки сходятея по три в одной точке, образуя друг с другом угол в 120°, подобно тому как это имеет место в строении пчелиных сотов. Для мыльной пены, для всякой вообще пенистой структуры характерно такое же расположение образующих ее жидких пленок. В обоих случаях осуществляется условие минимума свободной пограничной поверхности. Характерно, что и внутриклеточные структуры весьма часто сводятся к двум только-что рассмотренным формам. В протоплазме нередко наблюдается пенистая структура (см. Пена), впервые описанная Бючли (Biitschli); шарообразную форму имеют вакуоли, большинство ядер, различные гранулы и другие образования. Однако и несравненно более сложные формы, принимаемые многими клетками, нередко зависят от действия капилярных сил, а не от твердых оболочек, которые исследователь склонен в таких случаях предполагать. Если масляный шар в известном опыте Плато (Plateau) приводился в соприкосновение с твердым (смачиваемым им) обручем большего диаметра, он расплющивался, принимал дисковид-ную, линзообразную форму. Сходная форма эритроцитов зависит повидимому от пучка тонких эластических фибрил, кольцеобразно охватывающих их окружность. Кольцов в ряде исследований показал, что такое сочетание опорных скелетных волокон с жидкими протоплаз-матическими, массами лежит в основе множества клеточных форм (см. Аггреватмое состояние). Их разнообразие может быть результатом взаимодействия эластических сил твердого тела и поверхностных сил жидкости. П. н. и клеточные процессы. Из различных клеточных процессов с действием П. н. чаще всего связывают амебоидное движение. Действительно, вызывая в капле жидкости местное уменьшение П. н., удается получить наглядную модель амебоидного движения: псевдоподии выпячиваются в тех местах, где П. н. цонижено. Однако более детальное сравнение движения живой амебы и ее искусственной модели обнаруживает между ними существенные различия, затрудняющие отождествление обоих процессов несмотря на их внешнее сходство. Но обратное втягивание псевдоподий обусловливается во всяком случае действием П. н.. Последнее может играть также роль ограничивающего фактора, с определенными значениями которого связана самая возможность амебоидной подвижности. На это указывают опыты- Фридемана и Шенфельда (Friedemann, Schonfeld), показавшие, что лейкоциты, перенесенные из крови в чистый солевой раствор, теряют амебоидную подвижность. Если же прибавить к последнему какой-либо коллоид, понижающий П. н., например гуммиарабик, движение лейкоцитов возобновляется. Сходным образом влияют как обычные белки кровяной сыворотки, так и чуждые ей коллоиды (желатина, декстрин). Эти наблюдения объясняют отсутствие подвижных лейкоцитов в нормальной церебро-спинальной жидкости, бедной белками. Когда же ее П. н. понижается вследствие пат. поступления белковых веществ, лейкоциты свободно проникают в нее и приобретают в ней такую же подвижность, как в крови. Другим явлением, основанньш на действии капилярных сил, является фагоцитоз. Если голая протоплазма приходит в соприкосновение с твердой крупинкой, то наблюдаемое явление определяется соотношением сил притяжения между тремя соприкасающимися фазами: протоплазмой, водой и твердым телом. Если сум- ма П. н. протоплазма—вода и протоплазма— твердое тело меньше П. н. между поверхностью тела и водой, то протоплазма покрывает поверхность твердой частицы, подобно тому как капля масла растекается по свободной поверхности воды. В этом случае протоплазма, заглатывает встреченную частицу, в противном случае—выталкивает ее. Это явление Румблер (Rhumbler) иллюстрировал наглядной моделью, беря вместо амебы или лейкоцита каплю хлороформа, а в качестве заглатываемой частицы—нить шеллака. Если же тонким слоем шеллака покрыть стеклянную нить, то после растворения шеллака соотношение капилярных сил меняется, и оголенная стеклянная нить выталкивается из капли хлороформа, давая тем самым упрощенную модель не только фагоцитоза, но- также и выбрасывания непереваренных остатков. Опыты различных исследователей показывают, что выпускание псевдоподий и активное движение лейкоцитов не играют существенной роли при фагоцитировании ими бактерий. Совершенно неподвижные, не образующие псевдоподии лейкоциты обладают нормальной способностью к фагоцитозу. Очевидно опсонины усиливают последний благодаря своему действию на поверхность адсорбирующих их бактерий, которые приобретают при этом повышенную смачиваемость протоплазмой лейкоцитов. С изменениями П. н. связано вероятно также клеточное деление. Как указал уже Бючли, если понизить П. н. на противоположных полюсах капли жидкости, она перешнуруется по экватору. Такое деление можно хорошо наблюдать на капле масла (содержащего олеиновую кислоту), если к ее противоположным концам прикоснуться двумя кристалликами соды. Оставляя в стороне сложные внутриклеточные процессы, происходящие при митозе, можно в самой перешнуровке делящейся клетки видеть результат подобного понижения П. н. на полюсах. В капле масла жидкость на поверхности движется от полюсов к экватору, в зону повышенного П. н. Точно так же и в живой клетке наблюдаются периферические токи цитоплазмы и содержащихся в ней пигментных зернышек по направлению к экватору, к ме-■сту, где закладывается борозда деления. Деление клеток сопровождается увеличением пограничной поверхности между ними и окружающей жидкостью. Исходя из этого, Бауер (Bauer) пришел к .заключению, что понижение П. н. тканевой жидкости, уменьшая препятствия к такому увеличению пограничных поверхностей, должно стимулировать клеточные деления. Бурный рост злокачественных опухолей, быстрое размножение раковых клеток он ставит поэтому в связь с понижением П.н. тканевого сока. Уменьшение капилярных сил, плотно прижимающих друг К другу тканевые клетки, должно так же облегчать их изоляцию, наблюдаемую при злокачественных разрастаниях. Химич. возбудители рака (каменноугольный деготь, анилин) также являются капиляр-ноактивными веществами. Одновременно Каган нашла в экстрактах из злокачественных опухолей пониженное П. н. по сравнению с экстрактами из здоровых частей тех же органов. Однако исследования Кродтовского не подтвердили выводов Бауера. Они показали, что быстрый рост клеток, наблюдаемый в тканевых культурах, не связан с каким-либо уменьшением П. н. Напротив, при распаде как' нормальных, так и раковых тканей быстро наступает резкое понижение ,П. н. Аналогичное изменение П. н. в экстрактах злокачественных опухолей представляет вероятно вторичное явление—не фактор, стимулирующий их разрастание, а результат протекающих в них некротических' процессов. Лит.: Введенский Н., Поверхностная энергия некоторых физиологических жидкостей, Журнал экспер. Сиол. и мед., т. IV, JY» 14, 1927; Кронтовский А., Бережанский П. и Маевский М., Опыт научения капилярноакти'вных веществ в приросте и распаде тканей in vitro, ibid., т. IV_r.№ 13, 1927; Р е б ий-дер П., Об измерении поверхностной энергии и поЕерх- ностной активности. растворов и биологических жидкостей на разных поверхностях раздела, ibidem; Рубинштейн Д., Физико-химические основы биологии, М.—Л., 1932; ^akker G., Kapillaritat und Oberflachenspannung (Hndb. d. Experimentalphysik, brsg. v. W. Wien u. P. Harms, B. VІ, Lpz., 1928); Bancroft W. a. Gurchot c, Cell mitosis, J. phisic. chem., v. XXXI, 1927; В a u e r E., Uber die Forderung der Zelltei-lungmittels der Verminderung der Oberflachenspannung des umgebenden Mediums, Arch. f. mikr. Anat.. B. CI, 1924,-Brinkma n R., Die Untersuchung der Oberflachenspannung des Blutes mit der Torsionswage (Hndb. d. biol. Arbeitsmethoden,hrsg. v. E. Abderhalden, Abt. 4,iT.4,Lfg. 223, В.—"Wien, 1927); Brinkman R. u. v. d. Vel-de J., Die quantitative Untersuchung biologischer Fiiis-sigkeitenauf Substanzen mitstarken Ooerflachenaktivitat, Biocbem. Zeitschrift, B. CLV, 1925; CzapekF., Uber eine llethode zur direkten Bestirnmung der Oberflachen-SDanmmg der Plasmahaut von Pflanzenzellen, Jena, 1911; Friedernann U. u. Schonfeld A.. Uber die physikaliscb - chemische Bedingurgen der Eeykocytenbe-wegung, Biochem. Ztsclir., B. LXXX, 1917; Kagan, Der Einfluss der kiinstlichen Oberflachenspannungsernie-drlgung auf das "Waehstum transp'Iantabler Carcinome, Ztschr. fur Krebsf., Band XXI, 1924; Krizenecky J. u. Dubska 0., Eine Methode zur Messung der Oberflachenspannung Isiologischer Fliissigkeiten gegen em protoplasmaahnliches Medium, Protoplasma, B. II, 1927; D u N oii у Р., Surface equilibria of biological and organic colloids, New York, 1926; он же, Etude de8 phenomenes de tension supeificielle des solutions colloi-dales biologiques, Protoplasma, Band VІ, 1929; ponder E., Physical factors involved in phagocytosis, ibidem, V. Ill, 1928.                                              Д. Рубинштейн.

• ПОВЕШЕНИЕ, сдавление шеи петлей, затягиваемой тяжестью тела. Этот вид насильственной смерти, исключая смертную казнь через П., в громадном большинстве случаев встречается как самоубийство и очень редко как несчастный случай; иногда ...
• ПОВРЕЖДЕНИЯ с суд.-мед. точки зрения— механические нарушения целости или функций тканей и органов. П. различаются по местоположению и по характеру орудия, каким они нанесены. По местоположению различают П. головы, груди, живота ...
• ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОЛОДЕЦ, колодец, предназначенный для поглощения фекальных, сточных и дренажных вод почвой. Устраивается или в виде ямы большей или меньшей глубины с проницаемыми стенками и дном или в виде шахтного или ...
• ПОДАГРА, podagra (от греч. pous-—нога и •agrios—жестокий), сложное заболевание обмена веществ, характеризующееся острыми приступами болей и воспалительных явлений, преимущественно в суставах, и отложениями мо-чекислых солей в тканях мезенхимы (гл. обр. ...
• ПОДВЗДОШНАЯ ОБЛАСТЬ (regio iliaca), имеющая форму широкой плоской впадины ц потому часто называемая fossa iliaca, представляет собой часть задней стенки живота. Верхнюю и верхне-наружную границу ее составляет гребешок подвздошной кости (crista os-sis ...