Cosè la tensione superficiale
La tensione superficiale è definita come il lavoro, dW, richiesto per espandere una superficie di dA. È, quindi, una misura diretta dellenergia necessaria per formare una nuova superficie di area unitaria, cioè lenergia superficiale. La tensione superficiale è una caratteristica di qualsiasi superficie o interfaccia, tuttavia è misurabile direttamente solo per i liquidi. La tensione superficiale risulta dalle forze dipendenti dalla direzione delle molecole che risiedono allinterfaccia o in prossimità di essa. La tensione superficiale è generalmente espressa in N / m (unità SI).
Tipicamente, i solventi polari hanno una tensione superficiale maggiore rispetto alle loro controparti non polari. Ad esempio, lelevata tensione superficiale dellacqua (72,8 mN / ma 20 ° C) è dovuta al forte legame idrogeno intermolecolare (interazione elettrostatica tra gli idrogeni parzialmente positivi e latomo di ossigeno parzialmente negativo di una molecola dacqua vicina). Più deboli sono le forze intermolecolari, minore è la tensione superficiale (ad esempio, lottano ha una tensione superficiale di 21,6 mN / m). Di solito, il termine “tensione interfacciale” viene utilizzato per la tensione tra due liquidi, mentre “tensione superficiale” è più generale e di solito si riferisce a uninterfaccia gas-liquido.
Visualizza i nostri tensiometri di superficie “
Quando è rilevante la tensione superficiale
La tensione superficiale influenza le proprietà di un sistema. Più piccole sono le dimensioni di un sistema, più diventa critica la tensione superficiale. Gli esempi includono emulsioni, nebbie e schiume, formazione di fasi di nucleazione &. La tensione superficiale è rilevante anche su scale più grandi, in particolare nella bagnatura, nelladesione e nella forma del menisco. Quando le dimensioni sono nellintervallo da micro a millimetro, la dinamica è data dallequilibrio di viscosità, densità e tensione superficiale. Inoltre, la tensione superficiale è un parametro facilmente misurabile per il controllo di qualità.
Tensioattivi
I tensioattivi sono molecole che si arricchiscono sulle superfici o sulle interfacce, cioè adsorbono allinterfaccia. In generale, i tensioattivi contengono porzioni idrofile e idrofobiche, e quindi nelle soluzioni acquose il contatto con lacqua con le parti idrofobe può essere evitato disponendo in superficie con le parti idrofobe verso laria. Ladsorbimento del tensioattivo abbassa la tensione superficiale. Questo fenomeno viene spesso utilizzato per migliorare la bagnabilità. Fai clic sullimmagine di seguito per ulteriori informazioni sulladsorbimento e la tensione superficiale.
I tensioattivi mostrano unaltra proprietà importante, ovvero lautoassemblaggio in micelle. La micellazione assomiglia alla formazione di fasi, in quanto molti tensioattivi formano una micella. Pertanto, la micellazione avviene in un intervallo di concentrazione piuttosto ristretto (concentrazione micellare critica, CMC) e unulteriore aggiunta di tensioattivo aumenta la concentrazione micellare piuttosto che la concentrazione di monomeri tensioattivi. Di conseguenza, la tensione superficiale diminuisce con laumentare della concentrazione totale di tensioattivi fino a CMC, e quindi rimane costante. La misurazione della tensione superficiale è quindi un modo conveniente per studiare la micellazione.
Misurazione della tensione superficiale
Sono stati sviluppati diversi metodi per misurare la tensione superficiale. Nelle tecniche ottiche, la forma di una goccia o di un menisco viene analizzata solitamente utilizzando un computer. La forma assume lequilibrio meccanico tra le forze che agiscono sul liquido, ovvero la tensione superficiale e le forze gravitazionali. Per ottenere risultati accurati, la configurazione ottica deve essere ben calibrata e inoltre il contorno della goccia deve essere determinato esattamente.
Nella tensiometria della pressione delle bolle, si utilizza il fatto che la pressione allinterno di una bolla è maggiore di quella esterna alla goccia a causa della tensione superficiale. La tensione superficiale può essere calcolata dalla differenza di pressione se il raggio e le forme delle goccioline sono noti. Con pochi semplici presupposti, si può costruire una strumentazione robusta e facile da usare che ben si adatta alla misurazione grossolana della tensione superficiale semplicemente immergendo un tubo nella soluzione. La stalagometria è una variazione della tecnica della pressione delle bolle. Invece di misurare la differenza di pressione, il fatto che la portata di un liquido attraverso un capillare è determinata dalle forze gravitazionali opposte dalla forza viscosa e dalla contropressione della gocciolina sulla punta del capillare.
La tecnica più antica per misurare la tensione superficiale consiste nel misurare la forza esercitata da un liquido su una sonda. Le tecniche di tensiometria della forza sono abbastanza esatte a condizione che langolo di contatto alla sonda sia noto. Scegliendo un materiale ben inumidito e assumendo che langolo di contatto sia zero. Per le soluzioni acquose ciò implica luso di un materiale idrofilo. Il materiale più comune è il platino.Esperimenti condotti in atmosfera controllata e inerte hanno dimostrato che lacqua in effetti bagna completamente il platino. Tuttavia, molti composti presenti nellaria ambiente adsorbono fortemente sul platino, leffetto è osservabile entro pochi minuti dalla fiamma. Pertanto, la sonda deve essere immersa nel liquido misurato subito dopo la pulizia.
Dyneprobe di Kibron è basato su un ossido idrofilo. Quando viene pulito a fiamma usando una fiamma calda, lo strato di ossido viene attivato in uno stato molto idrofilo. È più stabile nei confronti dei contaminanti aerodispersi rispetto al platino, ma con il tempo si passiva. Pertanto, non è possibile evitare adeguate procedure di pulizia con fiamma. Esistono due tecniche secondarie di tensiometria della forza, vale a dire i metodi Wilhelmy e DuNouy. Nel metodo Wilhelmy, la sonda è tenuta ferma nellinterfaccia, preferenzialmente con lestremità inferiore a livello dellinterfaccia (a grande distanza). A questo punto non sono necessarie correzioni dellassetto. Per effettuare la misurazione possono essere utilizzate sia le cosiddette piastre Wilhelmy che le sonde a forma di asta.
 |
 |
| Metodo DuNouy | Metodo Wilhelmy |
Nel metodo DuNouy (massima forza di trazione) la tensione superficiale viene registrata mentre la sonda procede lentamente ritirato dal liquido. La sonda è solitamente un anello DuNouy o unasta verticale. Il movimento della sonda fornisce vantaggiosamente un angolo di contatto retrocesso, che tende ad essere minore dellangolo di contatto a riposo. Lo svantaggio della tecnica è la necessità di tenere conto del termine di galleggiamento negativo corrispondente al punto di massima forza dove la sonda è completamente al di sopra della superficie. Per le sonde ad asta sottile il termine di galleggiamento è relativamente piccolo e facile da correggere, mentre per gli anelli il termine di galleggiamento è significativo e il suo calcolo complicato dalla forma della sezione trasversale dellanello.
Visualizza i nostri tensiometri di superficie ”