Gränssnittsspänningsdefinition, ekvation, enheter och mätning

De gränsytspänning (y) är nettokraften per längdenhet som utövas på kontaktytan mellan en fas (fast eller vätska) och en annan (fast, vätska eller läsk). Nettokraften är vertikal för kontaktytan och riktas in i faserna.

När en av faserna är en gas kallas den vanligtvis ytspänning. Faserna i kontakt är oblandbara, det vill säga de kan inte lösa upp med varandra för att bilda en lösning. Kontaktregionen mellan faserna är en geometrisk separationsyta Gränssnitt. Gränssnittsspänningen beror på de intermolekylära krafterna som finns vid gränssnittet.

Krafter mellan molekyler av en vätska i kontakt med luften [av Booyabazooka (https: // commons.Wikimedia.Org/wiki/fil: wassmolek%c3%bcleint%c3%b6pfchen.Svg)]

Gränssnittsspänning spelar en viktig roll i många gränsytan fenomen och processer som emulsioner och oljeproduktion.

[TOC]

Definition

Gränssnittsegenskaperna är inte lika med egenskaperna inuti faserna i kontakt, eftersom olika molekylära interaktioner manifesteras eftersom det i det området finns molekyler som tillhör både en fas och den andra.

Molekylerna i en fas interagerar med angränsande molekyler, som har liknande egenskaper. Följaktligen är den inre nettokraften ogiltig eftersom attraktiva och avvisande interaktioner är lika i alla möjliga riktningar.

Molekylerna som finns på ytan mellan de två faserna är omgiven av molekyler i samma fas men också av angränsande molekyler i den andra fasen.

I detta fall är nettokraften inte ogiltig och riktas in i den fas där det finns större interaktion. Resultatet är att energitillståndet för molekylerna på ytan är större än statusen för energi i fasen.

Kan tjäna dig: Parabolic Shot: Egenskaper, formler och ekvationer, exempel

Nettokraften som verkar mot interiören per enhetslängd längs gränssnittet är gränsytespänningen. På grund av denna kraft tenderar molekyler spontant att minimera energi genom att minimera ytan för varje volymenhet.

Definition baserad på arbete och energi

För att locka en molekyl från insidan till ytan är det nödvändigt att krafterna som verkar på molekylen övervinner nettokraften. Med andra ord krävs arbete för att öka gränsytesytan.

Styrka som krävs för att öka gränsytesregionen. (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fil: yttre.Png)

Ju större den större intermolekylära kraften är det arbete som ska göras och desto större är energiinmatningen. Av denna anledning definieras också gränsytespänningen enligt arbete eller baserat på energi, som nämnts nedan:

Gränssnittsspänning är det arbete som krävs för att skapa en områdesenhet vid gränssnittet. På samma sätt definieras gränsytespänning som den fria energin som krävs per enhet i skapat område.

Ekvation och gränsytespänningsenheter

Ekvationen av gränsytespänning beroende på den intermolekylära nettokraften är:

γ = F/2l          [1]

F = Nettokraft

l = gränssnittslängd

Nummer 2 som visas i ekvation [1] betyder att det finns två ytor, en för varje ansikte av gränssnittet.

Gränssnittsspänningen beroende på det arbete som krävs för att generera en ytareenhet uttrycks av följande ekvation:

y = W/ΔA          [2]

W = Arbete

ΔA = Ökning i ytan

Skapandet av gränsytesområdet åtföljs av en ökning av utbildningsfri energi.

y = Δe/ΔA          [3]

Δe = Gränssnittsbildningsenergi

Det kan tjäna dig: värmekurva: vad är det, hur det görs, exempel

Gränssnittsspänningsenheterna i det internationella systemet är N/M eller Joules/M². Det används vanligtvis dynas/cm eller mn/m.

Temperaturberoende

En av de viktigaste faktorerna som påverkar gränsytespänningen är temperaturen. När temperaturen ökar interaktionskrafterna minskar, som en följd av detta, minskar nettokraften som kontrakterar ytan också vilket orsakar en minskning av gränssnittsspänningen.

Ytspänning beroende på vattentemperatur-aire [(https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fil: temperatur_dependens_surface_tenion_of_water.Svg)]

Om temperaturen fortfarande ökar kommer det en tid då gränsytespänningen kommer att avbrytas och det kommer inte att finnas någon separationsyta mellan faserna. Temperaturen vid vilken gränsytespänningen avbryts kallas kritisk temperatur (t_c).

Anledningen till att gränsytespänningen minskar är att när temperaturen ökar den kinetiska energin på grund av ökningen av molekylernas termiska rörelse.

Mätning av gränsytespänning

Det finns olika metoder för experimentell mätning av gränssnittsspänning, bland vilka de mest lämpliga enligt fasernas karakteristiska egenskaper i kontakt och experimentella förhållanden kan väljas.

Bland dessa metoder är Wilhelmy Plate -metoden, Du Nouy Ring -metoden, den väntande droppmetoden och den roterande droppmetoden.

Wilhelmy Plate Method

Den består av att mäta den nedåtgående kraften som utövar ytan på en vätskefas på en aluminium eller glasplatta. Nettokraften som utövas på plattan är lika med vikten plus spänningskraften. Plattans vikt erhålls med medel.

Du nouy ringmetod

I denna metod mäts kraften för att separera ytan på en metallring från en vätskesyta som säkerställer att ringen innan den mäts helt nedsänkt i vätskan. Separationskraften är lika med gränsytespänningen och mäts med en hög precisionsbalans.

Kan tjäna dig: Planck Constant: Formler, värden och övningar

Väntande släppmetod

Denna metod är baserad på att mäta deformationen av en droppe som hänger från en kapillär. Droppen hålls i jämvikt medan du hänger eftersom spänningskraften är lika med vikten på droppen.

Förlängningen av droppen är proportionell mot droppens vikt. Metoden är baserad på att bestämma längden på nedgången på grund av dess vikt.

Slope Drop Method [av Urocyon (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/fil: pendant_drop_test.Svg)]

Roterande droppmetod

Den roterande droppmetoden är mycket användbar för att mäta mycket låga gränsytespänningar som gäller för produktion av emulsioner och mikroemulsioner.

Den består av att placera en droppe en mindre tät vätska i ett kapillärrör fullt av en annan vätska. Droppen utsätts för en centrifugalkraft på grund av en rotationsrörelse, med stor hastighet, som förlänger droppen på Y -axeln och motsätter sig spänningskraften.

Gränssnittsspänningen erhålls från dimensionerna av giktens geometriska form, deformeras och rotationshastigheten.

Referenser

1. Tadros, t f. Tillämpa ytaktiva medel. Berkshire, Storbritannien: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2005.
2. Van Oss, C J. Gränsytekrafter i vattenhaltiga medier. Florida, USA: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Figur, l och teixeira, a a. Matfysik: Fysiska egenskaper - Mätning och tillämpningar. Tyskland: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, R E. Gränsytspänning. Mérida: Firp - Universidad de Los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Handbok för petroleumproduktanalys. New Jersey, USA: Jhon Wiley & Sons, 2015.
6. Adamson, W och Gast, en P. Ytkemi . USA: John Wiley & Sons, Inc. , 1997.
7. Trubbig, m j. Flerfasflöde i permeabelt genomsnitt: ett porskala perspektiv. Cambridge, Storbritannien: Cambridge University Press, 2017.