Det grænsefladespænding (γ) er nettokraften pr. længdeenhed, der udøves på kontaktfladen mellem en fase (fast eller flydende) og en anden (fast, væske eller gas). Nettokraften er lodret i forhold til kontaktoverfladen og er rettet mod det indre af faserne.
Når en af faserne er en gas, kaldes det normalt overfladespænding. Faserne i kontakt er ikke-blandbare, dvs. de kan ikke opløses sammen for at danne en løsning. Kontaktområdet mellem faserne er en geometrisk separationsoverflade kaldet interface. Grænsefladespænding skyldes intermolekylære kræfter til stede ved grænsefladen.
Grænsefladespænding spiller en vigtig rolle i mange grænsefladesfænomener og processer, såsom emulsionsproduktion og olieproduktion..
Artikelindeks
Grænsefladesegenskaberne er ikke de samme som egenskaberne inde i faserne i kontakt, fordi forskellige molekylære interaktioner manifesteres, fordi der i den region er molekyler, der hører til både den ene fase og den anden..
Molekyler i en fase interagerer med nabomolekyler, som har lignende egenskaber. Derfor er den interne nettokraft nul, fordi de attraktive og frastødende interaktioner er de samme i alle mulige retninger..
Molekylerne, der er på overfladen mellem de to faser, er omgivet af molekyler fra den samme fase, men også af nabomolekyler fra den anden fase..
I dette tilfælde er nettokraften ikke nul, og den er rettet mod det indre af den fase, hvor der er den største interaktion. Resultatet er, at molekylernes energitilstand på overfladen er større end energitilstanden i fasen.
Nettokraften, der virker indad pr. Længdeenhed langs grænsefladen, er grænsefladespændingen. På grund af denne kraft har molekylerne en tendens til spontant at minimere energi og minimere overfladearealet for hver enhed af volumen..
For at tiltrække et molekyle indefra til overfladen er det nødvendigt, at de kræfter, der virker på molekylet, overstiger nettokraften. Med andre ord kræves der arbejde for at øge grænsefladeoverfladen..
Jo større den intermolekylære nettokraft, jo større arbejde skal udføres, og jo større energiindgang. Af denne grund defineres grænsefladespænding også som en funktion af arbejde eller som en funktion af energi, som nævnt nedenfor:
Grænsefladespænding er det arbejde, der kræves for at skabe et enhedsareal ved grænsefladen. Ligeledes er grænsefladespændingen defineret som den krævede frie energi pr. Oprettet arealeenhed.
Ligningen af grænsefladespændingen som en funktion af nettointermolekylær kraft er:
γ = F / 2l [1]
F = Nettokraft
l = interface længde
Nummeret 2, der vises i ligning [1], betyder at der er to overflader, en for hver flade af grænsefladen.
Grænsefladespændingen som en funktion af det arbejde, der kræves for at generere en enhed af overfladeareal, udtrykkes ved følgende ligning:
γ = W / ΔA [to]
W = Arbejde
ΔA = Stigning i overfladeareal
Oprettelsen af grænsefladeområdet ledsages af en stigning i dannelsens frie energi.
γ = ΔE/ΔA [3]
ΔE = Energi til dannelse af grænsefladen
Grænsefladespændingsenhederne i det internationale system er N / m eller Joule / mto. Dyn / cm eller mN / m bruges også ofte.
En af de vigtigste faktorer, der påvirker grænsefladespænding er temperatur. Når temperaturen stiger, falder interaktionskræfterne, som en konsekvens af dette, falder også nettokraften, der trækker overfladen sammen, hvilket medfører et fald i grænsefladespændingen..
Hvis temperaturen fortsætter med at stige, vil der komme et tidspunkt, hvor grænsefladespændingen forsvinder, og der ikke længere vil være nogen separationsoverflade mellem faserne. Temperaturen, hvor grænsefladespændingen forsvinder, kaldes den kritiske temperatur (tc).
Årsagen til, at grænsefladespændingen aftager, er at når temperaturen stiger, øges den kinetiske energi på grund af stigningen i molekylernes termiske bevægelse..
Der er forskellige metoder til eksperimentel måling af grænsefladespændingen, blandt hvilke de mest egnede kan vælges i henhold til de karakteristiske egenskaber ved faserne i kontakt og de eksperimentelle forhold..
Disse metoder inkluderer Wilhelmy-plademetoden, Du Nouy-ringmetoden, vedhængsfaldsmetoden og den roterende dropmetode..
Den består i at måle den nedadgående kraft, der udøves af overfladen af en flydende fase på en aluminiums- eller glasplade. Nettokraften, der udøves på pladen, er lig med vægten plus trækkraften. Pladens vægt opnås ved hjælp af en torsionsfølsom mikrobalance, der er fastgjort til pladen ved hjælp af en anordning.
I denne metode måles styrken til at adskille overfladen af en metalring fra en flydende overflade og sørge for, at ringen før måling er helt nedsænket i væsken. Separationskraften er lig med grænsefladespændingen og måles ved hjælp af en høj præcisionsbalance.
Denne metode er baseret på at måle deformationen af en dråbe, der hænger fra en kapillær. Faldet holdes i balance, mens det hænger, fordi trækkraften er lig med faldets vægt.
Dråbens forlængelse er proportional med dråbes vægt. Metoden er baseret på bestemmelse af faldets forlængelseslængde på grund af dens vægt.
Den roterende faldmetode er meget nyttig til måling af meget lave grænsefladespændinger, der gælder for produktionsprocessen for emulsioner og mikroemulsioner..
Den består i at placere en dråbe af en mindre tæt væske inde i et kapillarrør fyldt med en anden væske. Faldet udsættes for en centrifugalkraft på grund af en roterende bevægelse med stor hastighed, som forlænger faldet på aksen og modsætter trækkraften.
Grænsefladespændingen opnås ud fra dimensionerne af den geometriske form af dråben, der deformeres og rotationshastigheden.
Endnu ingen kommentarer