De grensesnitt spenning (γ) er nettokraften per lengdeenhet som utøves på kontaktflaten mellom en fase (fast eller væske) og en annen (fast, væske eller gass). Nettokraften er vertikal mot kontaktflaten og er rettet mot det indre av fasene.
Når en av fasene er en gass, kalles det vanligvis overflatespenning. Fasene i kontakt er ikke blandbare, det vil si at de ikke kan oppløses sammen for å danne en løsning. Kontaktområdet mellom fasene er en geometrisk separasjonsflate som kalles grensesnitt. Grensesnittets spenning skyldes intermolekylære krefter som er tilstede ved grensesnittet.
Grensesnittspenning spiller en viktig rolle i mange grensesnittfenomener og prosesser, for eksempel emulsjonsproduksjon og oljeproduksjon..
Artikkelindeks
Grensesnittets egenskaper er ikke de samme som egenskapene i fasene i kontakt, fordi forskjellige molekylære interaksjoner manifesteres fordi det i den regionen er molekyler som tilhører både den ene fasen og den andre..
Molekyler i en fase samhandler med nabomolekyler, som har lignende egenskaper. Følgelig er den interne nettokraften null fordi de attraktive og frastøtende interaksjonene er de samme i alle mulige retninger..
Molekylene som er på overflaten mellom de to fasene er omgitt av molekyler fra samme fase, men også av nabomolekyler fra den andre fasen..
I dette tilfellet er ikke nettokraften null, og den er rettet mot det indre av fasen der det er størst interaksjon. Resultatet er at energitilstanden til molekylene på overflaten er større enn energitilstanden i fasen.
Nettokraften som virker innover per lengdeenhet langs grensesnittet er grenseflatespenningen. På grunn av denne kraften har molekylene spontant en tendens til å minimere energi, og minimere overflatearealet for hver volumenhet..
For å tiltrekke et molekyl fra innsiden til overflaten er det nødvendig at kreftene som virker på molekylet overstiger nettokraften. Med andre ord kreves det arbeid for å øke overflateflaten..
Jo større netto intermolekylær kraft, jo større arbeid skal gjøres og jo større energiinngang. Av denne grunn er grensesnittets spenning også definert som en funksjon av arbeid eller som en funksjon av energi, som nevnt nedenfor:
Grensesnittstramming er arbeidet som kreves for å skape et enhetsareal ved grensesnittet. Tilsvarende er grenseflatespenningen definert som den frie energien som kreves per arealenhet opprettet.
Ligningen til grensesnittets spenning som en funksjon av netto intermolekylær kraft er:
γ = F / 2l [1]
F = Netto kraft
l = grensesnittlengde
Tallet 2 som vises i ligning [1] betyr at det er to flater, en for hver overflate av grensesnittet.
Grensesnittets spenning som en funksjon av arbeidet som kreves for å generere en enhet av overflaten, uttrykkes av følgende ligning:
γ = W / ΔA [to]
W = Arbeid
ΔA = Økning i overflateareal
Opprettelsen av grensesnittområdet ledsages av en økning i den frie formasjonsenergien.
γ = ΔE/ΔA [3]
ΔE = Energi for dannelse av grensesnittet
Grensesnittets spenningsenheter i det internasjonale systemet er N / m eller Joule / mto. Dyn / cm eller mN / m brukes også ofte.
En av de viktigste faktorene som påvirker grensesnittets spenning er temperatur. Når temperaturen øker, reduseres interaksjonskreftene, som en konsekvens av dette, reduseres også nettokraften som trekker overflaten, og forårsaker en reduksjon i grensesnittets spenning..
Hvis temperaturen fortsetter å øke, vil det komme en tid da grenseflatespenningen vil forsvinne og det ikke lenger vil være noen separasjonsflate mellom fasene. Temperaturen der grenseflatespenningen forsvinner kalles kritisk temperatur (tc).
Årsaken til at grenseflatespenningen synker er at når temperaturen øker, øker den kinetiske energien på grunn av økningen i molekylenes termiske bevegelse..
Det er forskjellige metoder for eksperimentell måling av grensesnittets spenning, blant hvilke de mest egnede kan velges i henhold til de karakteristiske egenskapene til fasene i kontakt og eksperimentelle forhold..
Disse metodene inkluderer Wilhelmy-platemetoden, Du Nouy-ringmetoden, anhengsfallmetoden og den roterende dråpemetoden..
Den består av å måle den nedadgående kraften som utøves av overflaten av en væskefase på en aluminiums- eller glassplate. Nettokraften som utøves på platen er lik vekten pluss strekkraften. Vekten av platen oppnås ved hjelp av en torsjonsfølsom mikrobalanse festet til platen av en enhet.
I denne metoden måles kraften til å skille overflaten til en metallring fra en flytende overflate, og sørge for at ringen er helt nedsenket i væsken før måling. Separasjonskraften er lik grenseflatespenningen og måles ved hjelp av en høy presisjonsbalanse.
Denne metoden er basert på å måle deformasjonen av en dråpe som henger fra en kapillær. Dråpen holdes i balanse mens den henger fordi strekkraften er lik vekten av dråpen.
Dråpens forlengelse er proporsjonal med dråpens vekt. Metoden er basert på å bestemme lengden på dråpen på grunn av vekten.
Den roterende dråpemetoden er veldig nyttig for å måle svært lave grenseflatespenninger som gjelder for produksjonsprosessen av emulsjoner og mikroemulsjoner..
Den består av å plassere en dråpe med en mindre tett væske inne i et kapillarrør fylt med en annen væske. Dråpen utsettes for en sentrifugalkraft på grunn av en roterende bevegelse, med stor hastighet, som forlenger fallet på aksen og motvirker strekkraften.
Grensesnittets spenning oppnås fra dimensjonene til den geometriske formen til dråpen, som blir deformert, og rotasjonshastigheten.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.