De gränsytspänning (γ) är nettokraften per längdenhet som utövas på kontaktytan mellan en fas (fast eller flytande) och en annan (fast, flytande eller gas). Nettokraften är vertikal mot kontaktytan och riktas mot fasens inre.
När en av faserna är en gas kallas den vanligtvis ytspänning. Faserna i kontakt är oblandbara, det vill säga de kan inte lösas tillsammans för att bilda en lösning. Kontaktområdet mellan faserna kallas en geometrisk separationsyta gränssnitt. Gränsytespänningen beror på intermolekylära krafter som finns vid gränssnittet.
Gränsytespänningen spelar en viktig roll i många gränssnittsfenomen och processer, såsom emulsionsproduktion och oljeproduktion..
Artikelindex
Gränssnittsegenskaperna är inte desamma som egenskaperna inuti faserna i kontakt, eftersom olika molekylära interaktioner manifesteras eftersom det i den regionen finns molekyler som tillhör både en fas och den andra..
Molekyler inom en fas interagerar med angränsande molekyler, som har liknande egenskaper. Följaktligen är den interna nettokraften noll eftersom de attraktiva och avstötande interaktionerna är desamma i alla möjliga riktningar..
Molekylerna som finns på ytan mellan de två faserna omges av molekyler från samma fas men också av angränsande molekyler från den andra fasen..
I detta fall är nettokraften inte noll och den riktas mot det inre av den fas där det finns störst interaktion. Resultatet är att energitillståndet för molekylerna på ytan är större än energitillståndet i fasen.
Nettokraften som verkar inåt per längdenhet längs gränssnittet är gränsytans spänning. På grund av denna kraft tenderar molekylerna spontant att minimera energi, vilket minimerar ytarean för varje volymenhet..
För att locka en molekyl från insidan till ytan är det nödvändigt att de krafter som verkar på molekylen överstiger nettokraften. Med andra ord krävs arbete för att öka gränsytan..
Ju större intermolekylär nettokraft, desto större arbete ska göras och desto större energiintag. Av denna anledning definieras gränssnittsspänningen också som en funktion av arbete eller som en funktion av energi, som nämns nedan:
Gränsspänningen är det arbete som krävs för att skapa en enhetsarea vid gränssnittet. På samma sätt definieras gränsspänningen som den fria energi som krävs per skapad areaenhet.
Ekvationen för gränsspänningen som en funktion av nätets intermolekylära kraft är:
γ = F / 2l [1]
F = Nettokraft
l = gränssnittslängd
Siffran 2 som visas i ekvation [1] betyder att det finns två ytor, en för varje yta på gränssnittet.
Gränsytespänningen som en funktion av det arbete som krävs för att generera en ytenhet uttrycks av följande ekvation:
γ = W / AA [två]
W = Arbeta
AA = Ökning av ytan
Skapandet av gränsytans område åtföljs av en ökning av den fria formationsenergin.
γ = AE/AA [3]
AE = Energi för bildning av gränssnittet
Gränsytespänningsenheterna i det internationella systemet är N / m eller Joule / mtvå. Dyn / cm eller mN / m används också ofta.
En av de viktigaste faktorerna som påverkar gränsspänningen är temperaturen. När temperaturen ökar minskar interaktionskrafterna, som en följd av detta minskar också nätkraften som drar samman ytan, vilket orsakar en minskning av gränsspänningen..
Om temperaturen fortsätter att öka kommer det att komma en tidpunkt då gränsspänningen försvinner och det inte längre finns någon separationsyta mellan faserna. Temperaturen vid vilken gränsspänningen försvinner kallas kritisk temperatur (tc).
Anledningen till att gränsspänningen minskar är att när temperaturen ökar ökar den kinetiska energin på grund av ökningen av molekylernas termiska rörelse..
Det finns olika metoder för experimentell mätning av gränsytespänningen, bland vilka de mest lämpliga kan väljas utifrån de karakteristiska egenskaperna hos faserna i kontakt och de experimentella förhållandena..
Dessa metoder inkluderar Wilhelmy-plattmetoden, Du Nouy-ringmetoden, hängande droppmetod och den roterande droppmetoden..
Den består av att mäta den nedåtgående kraften som utövas av en vätskefas yta på en aluminium- eller glasplatta. Nettokraften som utövas på plattan är lika med vikten plus dragkraften. Plattans vikt erhålls genom en vridningskänslig mikrobalans fäst vid plattan med en anordning.
I denna metod mäts kraften för att separera ytan på en metallring från en flytande yta och se till att ringen är helt nedsänkt i vätskan före mätning. Separationskraften är lika med gränsytans spänning och mäts med en hög precisionsbalans.
Denna metod är baserad på att mäta deformationen av en droppe som hänger i en kapillär. Droppen hålls i balans medan den hänger eftersom dragkraften är lika med droppens vikt.
Droppens töjning är proportionell mot droppens vikt. Metoden baseras på att bestämma droppens töjningslängd på grund av dess vikt.
Den roterande droppmetoden är mycket användbar för att mäta mycket låga gränsytespänningar som gäller för produktionsprocessen för emulsioner och mikroemulsioner..
Den består av att placera en droppe av en mindre tät vätska inuti ett kapillärrör fyllt med en annan vätska. Droppen utsätts för en centrifugalkraft på grund av en roterande rörelse, med hög hastighet, vilket förlänger fallet på axeln och motsätter dragkraften.
Gränsytespänningen erhålls från dimensionerna för droppens geometriska form, som deformeras och rotationshastigheten.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.