Ce este tensiunea superficială
Tensiunea superficială este definită ca lucrarea, dW, necesară pentru a extinde o suprafață cu dA. Este, așadar, o măsură directă a energiei necesare pentru a forma o nouă suprafață a zonei unitare, adică energia de suprafață. Tensiunea superficială este o caracteristică a oricărei suprafețe sau interfețe, cu toate acestea, este măsurabilă direct numai pentru lichide. Tensiunea superficială rezultă din forțele dependente de direcție ale moleculelor care locuiesc la sau aproape de interfață. Tensiunea superficială este exprimată în general în N / m (unitate SI).
De obicei, solvenții polari au tensiune superficială mai mare decât omologii lor nepolari. De exemplu, tensiunea superficială ridicată a apei (72,8 mN / m la 20 ° C) se datorează legăturii puternice de hidrogen intermoleculare (interacțiune electrostatică între hidrogenii parțial pozitivi și atomul de oxigen parțial negativ al unei molecule de apă învecinate). Cu cât forțele intermoleculare sunt mai slabe, cu atât este mai mică tensiunea superficială (de exemplu, octanul are o tensiune superficială de 21,6 mN / m). De obicei, termenul „tensiune interfațială” este utilizat pentru tensiunea dintre două lichide, în timp ce „tensiunea superficială” este mai generală și se referă de obicei la o interfață gaz-lichid.
Vizualizați tensiometrele noastre de suprafață ”
Când este relevantă tensiunea superficială
Tensiunea superficială influențează proprietățile unui sistem. Cu cât dimensiunile unui sistem sunt mai mici, cu atât tensiunea superficială este mai critică. Exemplele includ emulsii, ceați și spume, formarea fazei de nucleație &. Tensiunea superficială este relevantă și la scări mai mari, în special în ceea ce privește umectarea, aderența și forma meniscului. Când dimensiunile sunt cuprinse între micro și milimetri, dinamica este dată de un echilibru de viscozitate, densitate și tensiune superficială. În plus, tensiunea superficială este un parametru ușor de măsurat pentru controlul calității.
Surfactanți
Surfactanții sunt molecule care se îmbogățesc la suprafețe sau interfețe, adică se adsorb la interfață. În general, agenții tensioactivi conțin fragmente hidrofile și hidrofobe și, prin urmare, în soluții apoase, contactul cu apa cu părțile hidrofobe poate fi evitat prin aranjarea la suprafață cu părțile hidrofobe către aer. Adsorbția surfactantului scade tensiunea superficială. Acest fenomen este frecvent utilizat pentru a îmbunătăți umezirea. Faceți clic pe imaginea de mai jos pentru a citi mai multe despre adsorbție și tensiunea superficială.
Surfactanții afișează o altă proprietate importantă, și anume auto-asamblarea în micele. Micelația seamănă cu formarea de fază, prin aceea că mulți agenți tensioactivi formează o micelă. Astfel, micelația are loc într-un interval de concentrație destul de restrâns (concentrație critică de micelă, CMC), iar adăugarea suplimentară de surfactant crește concentrația de micelă, mai degrabă decât concentrația monomerilor de surfactant. În consecință, tensiunea superficială scade odată cu creșterea concentrației totale de surfactant până la CMC și apoi rămâne constantă. Măsurarea tensiunii la suprafață este astfel un mod convenabil de a studia micelația.
Măsurarea tensiunii superficiale
Au fost dezvoltate mai multe metode pentru a măsura tensiunea superficială. În tehnicile optice, forma unei picături sau a meniscului este analizată de obicei folosind un computer. Forma presupune un echilibru mecanic între forțele care acționează asupra lichidului, adică tensiunea superficială și forțele gravitaționale. Pentru a obține rezultate exacte, setarea optică trebuie să fie bine calibrată și, în plus, conturul picăturii să fie determinat exact.
În tensiometria presiunii cu bule, se folosește faptul că presiunea din interiorul unei bule este mai mare decât în afara picăturii datorită tensiunii superficiale. Tensiunea superficială poate fi calculată din diferența de presiune dacă sunt cunoscute formele de rază și picătură. Cu câteva ipoteze simple, se poate construi instrumente ușor de utilizat și robuste, care sunt potrivite pentru măsurarea grosieră a tensiunii superficiale doar prin scufundarea unui tub în soluție. Stalagometria este o variație a tehnicii de presiune cu bule. În loc să măsoare diferența de presiune, faptul că debitul unui lichid printr-un capilar este determinat de forțele gravitaționale opuse de forța vâscoasă și contrapresiunea din picătura de la vârful capilarului.
Cea mai veche tehnică de măsurare a tensiunii superficiale este măsurarea forței exercitate de un lichid pe o sondă. Tehnicile de tensiometrie de forță sunt destul de exacte, cu condiția să se cunoască unghiul de contact la sondă. Alegând un material bine udat și presupunând că unghiul de contact este zero. Pentru soluțiile apoase, aceasta implică utilizarea unui material hidrofil. Cel mai comun material este platina.Experimentele efectuate în atmosferă controlată și inertă au arătat că într-adevăr apa udă complet platina. Cu toate acestea, mulți compuși găsiți în aerul ambiental se absorb puternic pe platină, efectul este observabil în câteva minute de la aprindere. Astfel, sonda ar trebui să fie scufundată în lichidul măsurat imediat după curățare.
Dyneprobe Kibron se bazează pe un oxid hidrofil. La curățarea cu flacără folosind o flacără fierbinte, stratul de oxid este activat într-o stare foarte hidrofilă. Este mai stabil față de contaminanții aerieni decât Platina, dar pasivează cu timpul. Prin urmare, procedurile adecvate de curățare a flăcării nu pot fi evitate. Există două sub-tehnici ale tensiometriei forței, și anume metodele Wilhelmy și DuNouy. În metoda Wilhelmy, sonda este ținută nemișcată în interfață, preferențial cu nivelul inferior inferior cu interfața (la distanță mare). În acest moment nu este nevoie de corecții de flotabilitate. Ambele așa-numitele plăci Wilhelmy și sondele în formă de tijă pot fi utilizate pentru a face măsurarea.
 |
 |
| Metoda DuNouy | Metoda Wilhelmy |
În metoda DuNouy (forța maximă de tragere) tensiunea superficială este înregistrată pe măsură ce sonda este lentă retras din lichid. Sonda este de obicei un inel DuNouy sau o tijă verticală. Mișcarea sondei oferă în mod avantajos un unghi de contact în retragere, care tinde să fie mai mic decât unghiul de contact în repaus. Dezavantajul tehnicii este necesitatea de a ține cont de termenul de flotabilitate negativ corespunzător punctului de forță maximă în care sonda este complet deasupra suprafeței. Pentru sondele cu tije subțiri, termenul de flotabilitate este relativ mic și ușor de corectat, în timp ce pentru inele termenul de flotabilitate este semnificativ și calculul său este complicat de forma secțiunii transversale a inelului.