Interfaciale spanningsdefinitie, vergelijking, eenheden en meting

De grensspanning (γ) is de netto kracht per lengte -eenheid die wordt uitgeoefend op het contactoppervlak tussen de ene fase (vast of vloeistof) en een andere (vaste, vloeistof of frisdrank). De netto kracht is verticaal voor het contactoppervlak en wordt in de fasen gericht.

Wanneer een van de fasen een gas is, wordt het meestal genoemd oppervlaktespanning. De fasen in contact zijn niet -mengbaar, dat wil zeggen dat ze niet met elkaar kunnen oplossen om een ​​oplossing te vormen. Het contactgebied tussen de fasen is een geometrisch scheidingsoppervlak Koppel. De grensvlakspanning is te wijten aan de intermoleculaire krachten die aanwezig zijn op het interface.

Krachten tussen moleculen van een vloeistof in contact met de lucht [door Booyabazooka (https: // commons.Wikimedia.Org/wiki/bestand: Wassermolek%C3%bcleint%C3%b6pfchen.Svg)]

Interfaciale spanning speelt een belangrijke rol in veel grensvlakfenomenen en processen zoals emulsies en olieproductie.

[TOC]

Definitie

De interface -eigenschappen zijn niet gelijk aan de eigenschappen in de fasen in contact, omdat verschillende moleculaire interacties worden gemanifesteerd omdat er in dat gebied moleculen zijn die zowel tot de ene fase als de andere behoren.

De moleculen in een fase interageren met aangrenzende moleculen, die vergelijkbare eigenschappen hebben. Bijgevolg is de binnenste netto kracht nietig omdat aantrekkelijke en afstotende interacties in alle mogelijke richtingen gelijk zijn.

De moleculen die zich op het oppervlak tussen de twee fasen bevinden, zijn omgeven door moleculen van dezelfde fase, maar ook van aangrenzende moleculen van de andere fase.

In dit geval is de netto kracht niet ongeldig en wordt gericht in de fase waarin er een grotere interactie is. Het resultaat is dat de energietoestand van de moleculen op het oppervlak groter is dan de status van energie in de fase.

Kan u van dienst zijn: parabolisch schot: kenmerken, formules en vergelijkingen, voorbeelden

De netto kracht die naar het interieur per eenheid lengte langs het grensvlak werkt, is de grensvlakspanning. Vanwege deze kracht hebben moleculen spontaan de neiging om energie te minimaliseren door het oppervlak te minimaliseren voor elke volume -eenheid.

Definitie op basis van werk en energie

Om een ​​molecuul van binnenuit naar het oppervlak aan te trekken, is het noodzakelijk dat de krachten die op het molecuul werken de netto kracht overwinnen. Met andere woorden, werk is vereist om het grensvlakoppervlak te vergroten.

Sterkte die nodig is om het grensvlakgebied te vergroten. (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: Surface_Growing.Png)

Hoe groter de grotere intermoleculaire kracht is het werk dat moet worden gedaan en hoe groter de energie -toegang. Om deze reden wordt grensvlakspanning ook gedefinieerd volgens werk of gebaseerd op energie, zoals hieronder vermeld:

Interfaciale spanning is het werk dat nodig is om een ​​gebiedseenheid op de interface te maken. Evenzo wordt grensvlakspanning gedefinieerd als de vereiste vrije energie per eenheid van gecreëerde gebied.

Vergelijking en grensvlakspanningseenheden

De vergelijking van grensvlakspanning, afhankelijk van de intermoleculaire netto kracht is:

γ = F/2l          [1]

F = Netto kracht

l = Interface lengte

Het nummer 2 dat in vergelijking [1] verschijnt, betekent dat er twee oppervlakken zijn, één voor elk gezicht van de interface.

De grensvlakspanning, afhankelijk van het werk dat nodig is om een ​​oppervlakte -eenheid te genereren, wordt uitgedrukt door de volgende vergelijking:

γ = W/ΔA          [2]

W = Werk

Δa = Verhoging van het oppervlak

Het creëren van het grensvlakgebied gaat gepaard met een toename van trainingsvrije energie.

γ = ΔE/Δa          [3]

ΔE = Interfaceformatie -energie

Het kan u van dienst zijn: verwarmingscurve: wat is het, hoe het wordt gedaan, voorbeelden

De grensvlakspanningseenheden in het internationale systeem zijn N/M of Joules/M². Het wordt meestal ook gebruikte dynas/cm of mn/m.

Temperatuurafhankelijkheid

Een van de belangrijkste factoren die de grensvlakspanning beïnvloeden, is temperatuur. Naarmate de temperatuur verhoogt, neemt de interactiekrachten af, als gevolg hiervan, de netto kracht die het oppervlak contracteert, neemt ook af, waardoor een afname van de grensvlakspanning veroorzaakt.

Oppervlaktespanning afhankelijk van de watertemperatuur-Aire [(https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: temperatuur_dependence_surface_tenion_of_water.Svg)]

Als de temperatuur nog steeds stijgt, komt er een tijd waarin de grensvlakspanning wordt geannuleerd en er geen scheidingsoppervlak tussen de fasen zal zijn. De temperatuur waarbij de grensvlakspanning wordt geannuleerd, wordt kritieke temperatuur genoemd (T_C)).

De reden waarom de grensvlakspanning afneemt, is dat wanneer de temperatuur de kinetische energie verhoogt vanwege de toename van de thermische beweging van de moleculen.

Meting van grensvlakspanning

Er zijn verschillende methoden voor experimentele metingen van grensvlakspanning, waaronder de meest geschikte volgens de karakteristieke eigenschappen van de fasen in contact en experimentele omstandigheden kunnen worden gekozen.

Onder deze methoden zijn de Wilhelmy -plaatmethode, de Du Nouy -ringmethode, de hangende druppelmethode en de roterende druppelmethode.

Wilhelmy -plaatmethode

Het bestaat uit het meten van de neerwaartse kracht die het oppervlak van een vloeibare fase op een aluminium of glazen plaat uitoefent. De netto kracht die op de plaat wordt uitgeoefend, is gelijk aan het gewicht plus de spanningskracht. Het gewicht van de plaat wordt verkregen door middelen.

Du Nouy Ring -methode

In deze methode wordt de kracht gemeten om het oppervlak van een metaalring te scheiden van een vloeistofoppervlak en ervoor te zorgen dat de ring vóór het meten volledig is ondergedompeld in de vloeistof. De scheidingskracht is gelijk aan grensvlakspanning en wordt gemeten met behulp van een hoge precisiebalans.

Kan u van dienst zijn: planck constant: formules, waarden en oefeningen

In afwachting van drop -methode

Deze methode is gebaseerd op het meten van de vervorming van een druppel die aan een capillair hangt. De druppel wordt in evenwicht gehouden tijdens het hangen omdat de spanningskracht gelijk is aan het gewicht van de druppel.

De verlenging van de druppel is evenredig met het gewicht van de druppel. De methode is gebaseerd op het bepalen van de lengte van de lengte van de druppel vanwege het gewicht.

HELLOP DROP -methode [door urocyon (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/bestand: pendant_drop_test.Svg)]

Roterende druppelmethode

De roterende druppelmethode is zeer nuttig voor het meten van zeer lage grensvlakspanningen die van toepassing zijn op het proces van productie van emulsies en micro -emulsies.

Het bestaat uit het plaatsen van een druppel van een minder dichte vloeistof in een capillaire buis vol met een andere vloeistof. De druppel wordt onderworpen aan een centrifugale kracht als gevolg van een rotatiebeweging, met grote snelheid, die de druppel op de Y -as verlengt en zich verzet tegen de spanningskracht.

De grensvlakspanning wordt verkregen uit de afmetingen van de geometrische vorm van de jicht, vervormd en de rotatiesnelheid.

Referenties

1. Tadros, t f. Pas oppervlakteactieve stoffen toe. Berkshire, VK: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2005.
2. Van oss, c j. Grensvlakkrachten in waterige media. Florida, VS: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Figuur, l en teixeira, a a. Food Physics: Fysieke eigenschappen - Meting en toepassingen. Duitsland: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, r e. Grensspanning. Mérida: FIRP - Universidad de Los Andes, 2005.
5. Speight, j g. Handboek van petroleumproductanalyse. New Jersey, VS: Jhon Wiley & Sons, 2015.
6. Adamson, W en Gast, A P. Fysische chemie van oppervlakken . VS: John Wiley & Sons, Inc. , 1997.
7. Bot, m j. Multiphase flow in permeabele gemiddelde: een perspectief op poriënschaal. Cambridge, VK: Cambridge University Press, 2017.