표면 장력이란 무엇입니까
표면 장력은 dA에 의해 표면을 확장하는 데 필요한 일, dW로 정의됩니다. 따라서 단위 면적의 새로운 표면을 형성하는 데 필요한 에너지, 즉 표면 에너지를 직접 측정합니다. 표면 장력은 모든 표면 또는 계면의 특성이지만 액체에 대해서만 직접 측정 할 수 있습니다. 표면 장력은 계면에 또는 그 가까이에있는 분자의 방향 의존적 힘으로 인해 발생합니다. 표면 장력은 일반적으로 N / m (SI 단위)로 표시됩니다.
일반적으로 극성 용매는 비극성 용매보다 표면 장력이 높습니다. 예를 들어, 물의 높은 표면 장력 (20 ° C에서 72.8mN / m)은 강력한 분자간 수소 결합 (부분적으로 양의 수소와 인접한 물 분자의 부분적으로 음의 산소 원자 사이의 정전 기적 상호 작용) 때문입니다. 분자간 힘이 약할수록 표면 장력은 낮아집니다 (예 : 옥탄의 표면 장력은 21.6mN / m). 일반적으로 “계면 장력”이라는 용어는 두 액체 사이의 장력에 사용되는 반면 “표면 장력”은 더 일반적이며 일반적으로 기액 계면을 나타냅니다.
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표면 장력 관련시기
표면 장력은 시스템의 속성에 영향을줍니다. 시스템의 크기가 작을수록 표면 장력이 더 중요해집니다. 예를 들면 에멀젼, 미스트 및 폼, 핵 형성 & 상 형성이 있습니다. 표면 장력은 특히 습윤, 접착 및 반월 상 연골 모양에서 더 큰 규모에서도 관련이 있습니다. 치수가 마이크로에서 밀리미터 범위에있을 때 역학은 점도, 밀도 및 표면 장력의 균형에 의해 제공됩니다. 또한 표면 장력은 품질 관리를 위해 쉽게 측정되는 매개 변수입니다.
계면 활성제
계면 활성제는 표면 또는 계면에서 농축되는 분자입니다. 즉, 계면에서 흡착합니다. 일반적으로 계면 활성제는 친수성 부분과 소수성 부분을 포함하므로 수용액에서 소수성 부분과의 물 접촉은 표면에 소수성 부분이 공기를 향하도록 배치함으로써 피할 수 있습니다. 계면 활성제 흡착은 표면 장력을 낮 춥니 다. 이 현상은 습윤을 개선하기 위해 자주 사용됩니다. 흡착 및 표면 장력에 대한 자세한 내용을 보려면 아래 이미지를 클릭하십시오.
계면 활성제는 또 다른 중요한 특성, 즉 미셀로의 자기 조립을 표시합니다. 미셀 레이션은 많은 계면 활성제가 하나의 미셀을 형성한다는 점에서 상 형성과 유사합니다. 따라서 미셀 화는 상당히 좁은 농도 범위 (임계 미셀 농도, CMC)에서 발생하며, 추가로 계면 활성제를 첨가하면 계면 활성제 단량체의 농도보다 미셀 농도가 증가합니다. 결과적으로 표면 장력은 CMC까지 총 계면 활성제 농도가 증가함에 따라 감소한 다음 일정하게 유지됩니다. 따라서 표면 장력 측정은 미셀을 연구하는 편리한 방법입니다.
표면 장력 측정
표면 장력을 측정하기위한 여러 방법이 개발되었습니다. 광학 기술에서는 일반적으로 컴퓨터를 사용하여 물방울 또는 반월 상 연골의 모양을 분석합니다. 모양은 액체에 작용하는 힘, 즉 표면 장력과 중력 사이의 기계적 평형을 가정합니다. 정확한 결과를 얻으려면 광학 설정을 잘 보정하고 방울의 윤곽을 정확하게 결정해야합니다.
버블 압력 장력 측정에서는 표면 장력으로 인해 버블 내부의 압력이 액적 외부보다 높다는 사실을 사용합니다. 반경과 액적 모양을 알고있는 경우 압력 차이에서 표면 장력을 계산할 수 있습니다. 몇 가지 간단한 가정을 통해 튜브를 용액에 담그는 것만으로도 표면 장력의 대략적인 측정에 적합한 사용하기 쉽고 견고한 기기를 구축 할 수 있습니다. Stalagometry는 기포 압력 기술의 변형입니다. 압력 차를 측정하는 대신 모세관을 통과하는 액체의 유속은 점성력과 모세관 끝의 액적에서 나오는 역압에 반대되는 중력에 의해 결정된다는 사실입니다.
표면 장력을 측정하는 가장 오래된 기술은 프로브에 액체가 가하는 힘을 측정하는 것입니다. 힘 장력 측정 기술은 프로브의 접촉각을 알고 있다면 상당히 정확합니다. 잘 습윤 된 재료를 선택하고 접촉각이 0이라고 가정합니다. 수용액의 경우 이것은 친수성 물질의 사용을 의미합니다. 가장 일반적인 재료는 백금입니다.통제되고 불활성 인 대기에서 수행 된 실험은 물이 실제로 백금을 완전히 적시는 것으로 나타났습니다. 그러나 주변 공기에서 발견되는 많은 화합물은 백금에 강하게 흡착되며, 그 효과는 불이 붙은 지 몇 분 안에 관찰 할 수 있습니다. 따라서 프로브는 세척 후 즉시 측정 액체에 담가야합니다.
Kibron의 Dyneprobe는 친수성 산화물을 기반으로합니다. 뜨거운 화염을 사용하여 화염을 청소하면 산화물 층이 매우 친수성 상태로 활성화됩니다. 플래티넘보다 공기 중 오염 물질에 대해 더 안정적이지만 시간이 지남에 따라 부동 태화됩니다. 따라서 적절한 화염 청소 절차를 피할 수 없습니다. 힘 장력 측정에는 두 가지 하위 기술, 즉 Wilhelmy 및 DuNouy 방법이 있습니다. Wilhelmy 방법에서 프로브는 우선적으로 인터페이스가있는 하단 레벨 (먼 거리)에서 인터페이스에 고정되어 있습니다. 이 시점에서 부력 보정이 필요하지 않습니다. 소위 Wilhelmy 플레이트와 막대 모양 프로브를 모두 사용하여 측정 할 수 있습니다.
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| DuNouy 방법 | Wilhelmy 방법 |
DuNouy (최대 인장력) 방법에서는 프로브가 느리기 때문에 표면 장력이 기록됩니다. 액체에서 철수. 프로브는 일반적으로 DuNouy 링 또는 수직 막대입니다. 프로브의 이동은 유리하게는 후퇴 접촉각을 제공하는데, 이는 정지 접촉각보다 작은 경향이있다. 이 기술의 단점은 프로브가 표면 위에 완전히있는 최대 힘 지점에 해당하는 음의 부력 항을 설명 할 필요가 있다는 것입니다. 얇은로드 프로브의 경우 부력 항이 비교적 작고 수정하기 쉬운 반면, 링의 경우 부력 항이 중요하며 링의 단면 모양으로 인해 계산이 복잡합니다.
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