Mi a felületi feszültség
A felületi feszültséget úgy definiáljuk, mint azt a munkát, dW, amely a felület dA-val való bővítéséhez szükséges. Ez tehát az egységnyi terület új felületének, vagyis a felületi energiának a kialakításához szükséges energia közvetlen mértéke. A felületi feszültség bármely felület vagy interfész jellemzője, azonban közvetlenül csak folyadékoknál mérhető. A felületi feszültség a határfelületen vagy annak közelében elhelyezkedő molekulák irányfüggő erőiből származik. A felületi feszültséget általában N / m-ben (SI egység) fejezik ki.
Jellemzően a poláros oldószerek felületi feszültsége nagyobb, mint nem poláros társaiké. Például a víz nagy felületi feszültsége (72,8 mN / m 20 ° C-on) az erős molekulák közötti hidrogénkötésnek köszönhető (elektrosztatikus kölcsönhatás a részben pozitív hidrogének és a szomszédos vízmolekula részben negatív oxigénatomja között). Minél gyengébbek az intermolekuláris erők, annál kisebb a felületi feszültség (például az oktán felületi feszültsége 21,6 mN / m). Általában az “interfaciális feszültség” kifejezést két folyadék közötti feszültségre használják, míg a “felületi feszültség” általánosabb, és általában gáz-folyadék interfészre utal.
Tekintse meg felületi tensiométereinket “
Mikor releváns a felületi feszültség
A felületi feszültség befolyásolja a rendszer tulajdonságait. Minél kisebbek egy rendszer méretei, annál kritikusabb a felületi feszültség. Ilyenek például az emulziók, a ködök és a habok, a nukleációs & fázisképződés. A felületi feszültség nagyobb méretben is releváns, különösen nedvesedés, tapadás és meniszkusz alakban. Ha a méretek a mikro-milliméter tartományba esnek, a dinamikát a viszkozitás, a sűrűség és a felületi feszültség egyensúlya adja. Ezenkívül a felületi feszültség egy könnyen mérhető paraméter a minőség ellenőrzéséhez.
Felületaktív anyagok
A felületaktív anyagok olyan molekulák, amelyek a felületeken vagy a határfelületeken gazdagodnak, azaz a határfelületen adszorbeálódnak. Általában a felületaktív anyagok hidrofil és hidrofób részeket tartalmaznak, így vizes oldatokban a víz érintkezése a hidrofób részekkel elkerülhető, ha a felületen a hidrofób részekkel a levegő felé rendeződik. A felületaktív anyag adszorpciója csökkenti a felületi feszültséget. Ezt a jelenséget gyakran használják a nedvesítés javítására. Kattintson az alábbi képre, ha többet szeretne megtudni az adszorpcióról és a felületi feszültségről.
A felületaktív anyagok egy másik fontos tulajdonságot mutatnak, nevezetesen a micellákká történő önfelépülést. A micelláció a fázisképződésre hasonlít, mivel sok felületaktív anyag alkot egy micellát. Tehát a micelláció meglehetősen szűk koncentrációtartományban (kritikus micellakoncentráció, CMC) történik, és a felületaktív anyag további hozzáadása a micella koncentrációját növeli, nem pedig a felületaktív monomerek koncentrációját. Következésképpen a felületi feszültség a teljes felületaktív anyag koncentrációjának növekedésével csökken a CMC-ig, majd állandó marad. A felületi feszültség mérése tehát kényelmes módszer a micelláció vizsgálatára.
A felületi feszültség mérése
A felületi feszültség mérésére számos módszert fejlesztettek ki. Az optikai technikákban a csepp vagy a meniszkusz alakját általában számítógép segítségével elemzik. Az alak mechanikus egyensúlyt feltételez a folyadékra ható erők, azaz a felületi feszültség és a gravitációs erők között. A pontos eredmények eléréséhez az optikai beállítást jól kalibrálni kell, és pontosan meg kell határozni a csepp körvonalát.
A buboréknyomás tensiometriájában azt a tényt alkalmazzuk, hogy a buborék belsejében a felületi feszültség miatt nagyobb a nyomás, mint a cseppeken kívül. A felületi feszültség kiszámítható a nyomáskülönbségből, ha a sugár és a csepp alakja ismert. Néhány egyszerű feltételezéssel könnyen kezelhető és robusztus műszereket lehet építeni, amelyek jól alkalmazhatók a felületi feszültség durva mérésére, csupán egy csövet az oldatba merítve. A sztalagometria a buboréknyomás technikájának variációja. A nyomáskülönbség mérése helyett azt a tényt, hogy egy folyadék áramlási sebességét egy kapilláron át a gravitációs erők határozzák meg, amelyek viszkózus erővel és a kapilláris csúcsán lévő cseppből származó ellennyomással állnak szemben.
A felületi feszültség mérésének legrégebbi technikája a folyadék által a szondára gyakorolt erő mérése. Az erõs tensiometriai módszerek meglehetõsen pontosak, feltéve, hogy a szondánál az érintkezési szög ismert. Jól megnedvesített anyag kiválasztásával és feltételezve, hogy az érintkezési szög nulla. A vizes oldatok esetében ez hidrofil anyag alkalmazását vonja maga után. A leggyakoribb anyag a platina.Ellenőrzött és inert légkörben végzett kísérletek azt mutatták, hogy a víz valóban teljesen megnedvesíti a platinát. Sok, a környezeti levegőben található vegyület azonban erősen felszívódik a platinán, a hatás a lángolástól számított néhány percen belül megfigyelhető. Így a szondát tisztítás után azonnal el kell mártani a mért folyadékban.
A Kibron Dyneprobe hidrofil oxidon alapszik. Amikor a lángot forró lánggal tisztítják, az oxidréteg nagyon hidrofil állapotba kerül. A levegőben lévő szennyeződésekkel szemben stabilabb, mint a Platinum, de idővel passziválódik. Ezért nem kerülhetők el a megfelelő lángotisztítási eljárások. Az erő-tensiometriának két altechnikája van, nevezetesen a Wilhelmy- és DuNouy-módszer. A Wilhelmy-módszer szerint a szondát továbbra is az interfészen tartják, előnyösen az alsó végszinttel az interfésszel (nagy távolságban). Ezen a ponton nincs szükség úszókorrekciókra. Az úgynevezett Wilhelmy-lemezek és a rúd alakú szondák egyaránt felhasználhatók a méréshez.
 |
 |
| DuNouy módszer | Wilhelmy módszer |
A DuNouy (maximális húzóerő) módszerben a felületi feszültséget rögzítik, mivel a szonda lassan halad kivéve a folyadékból. A szonda általában DuNouy gyűrű vagy függőleges rúd. A szonda mozgása előnyösen visszahúzódó érintkezési szöget biztosít, amely általában kisebb, mint a nyugalmi érintkezési szög. A technika hátránya, hogy számolni kell a negatív felhajtóerővel, amely megfelel a maximális erő azon pontjának, ahol a szonda teljesen a felszín felett helyezkedik el. A vékony rúdszondák esetében a felhajtási idő viszonylag kicsi és könnyen korrigálható, míg a gyűrűknél a felhajtási idő jelentős, és kiszámítását bonyolítja a gyűrű keresztmetszete.
Tekintse meg felületi tensiométereinket ”