The mezipovrchové napětí (γ) je čistá síla na jednotku délky, která působí na kontaktní plochu mezi jednou fází (pevná nebo kapalná) a druhou (pevná, kapalná nebo plynná). Čistá síla je svislá k dotykové ploše a je směrována dovnitř fází.
Když je jednou z fází plyn, obvykle se nazývá povrchové napětí. Fáze, které jsou v kontaktu, jsou nemísitelné, to znamená, že se nemohou rozpustit společně za vzniku roztoku. Oblast kontaktu mezi fázemi je geometrická separační plocha zvaná rozhraní. Mezifázové napětí je způsobeno mezimolekulárními silami přítomnými na rozhraní.
Mezipovrchové napětí hraje důležitou roli v mnoha mezipovrchových jevech a procesech, jako je výroba emulzí a produkce oleje..
Rejstřík článků
Vlastnosti rozhraní nejsou stejné jako vlastnosti uvnitř fází v kontaktu, protože se projevují různé molekulární interakce, protože v této oblasti existují molekuly, které patří do jedné fáze i do druhé..
Molekuly ve fázi interagují se sousedními molekulami, které mají podobné vlastnosti. V důsledku toho je vnitřní síťová síla nulová, protože atraktivní a odpudivé interakce jsou ve všech možných směrech stejné..
Molekuly, které jsou na povrchu mezi dvěma fázemi, jsou obklopeny molekulami ze stejné fáze, ale také sousedními molekulami z druhé fáze..
V tomto případě není čistá síla nulová a je směrována do vnitřku fáze, ve které dochází k největší interakci. Výsledkem je, že energetický stav molekul na povrchu je větší než energetický stav ve fázi.
Čistá síla působící dovnitř na jednotku délky podél rozhraní je mezipovrchové napětí. Díky této síle mají molekuly spontánně tendenci minimalizovat energii a minimalizovat povrchovou plochu pro každou jednotku objemu..
K přilákání molekuly zevnitř na povrch je nutné, aby síly působící na molekulu překročily čistou sílu. Jinými slovy, je zapotřebí práce na zvětšení mezipovrchového povrchu..
Čím větší je čistá mezimolekulární síla, tím větší práce je třeba udělat, a tím větší je příkon energie. Z tohoto důvodu je mezipovrchové napětí definováno také jako funkce práce nebo jako funkce energie, jak je uvedeno níže:
Mezifázové napětí je práce potřebná k vytvoření jednotkové oblasti na rozhraní. Podobně je mezipovrchové napětí definováno jako volná energie potřebná na vytvořenou jednotku plochy.
Rovnice mezifázového napětí jako funkce čisté mezimolekulární síly je:
y = F / 2 l [1]
F = Čistá síla
l = délka rozhraní
Číslo 2, které se objevuje v rovnici [1], znamená, že existují dva povrchy, jeden pro každou plochu rozhraní.
Mezifázové napětí jako funkce práce potřebné k vytvoření jednotky povrchu je vyjádřeno následující rovnicí:
y = W / ΔA [dva]
Ž = Práce
ΔA = Zvětšení povrchu
Vytvoření mezifázové oblasti je doprovázeno zvýšením volné energie formace.
y = ΔE/ΔA [3]
ΔE = Energie tvorby rozhraní
Mezifázové napínací jednotky v mezinárodním systému jsou N / m nebo Joule / mdva. Často se také používá Dyn / cm nebo mN / m.
Jedním z hlavních faktorů ovlivňujících mezipovrchové napětí je teplota. Jak teplota stoupá, interakční síly se snižují, v důsledku toho se také snižuje čistá síla, která smršťuje povrch, což způsobí pokles mezifázového napětí..
Pokud se teplota bude i nadále zvyšovat, přijde čas, kdy mezipovrchové napětí zmizí a mezi fázemi již nebude žádná separační plocha. Teplota, při které mezifázové napětí mizí, se nazývá kritická teplota (tC).
Důvodem, proč se mezifázové napětí snižuje, je to, že se zvyšováním teploty se zvyšuje kinetická energie v důsledku zvyšování tepelného pohybu molekul..
Existují různé metody experimentálního měření mezifázového napětí, mezi nimiž lze zvolit nejvhodnější podle charakteristických vlastností kontaktních fází a experimentálních podmínek..
Mezi tyto metody patří metoda Wilhelmyho desky, prstenová metoda Du Nouy, metoda kapkového přívěsku a metoda rotujícího kapky..
Skládá se z měření síly směrem dolů vyvíjené povrchem kapalné fáze na hliníkovou nebo skleněnou desku. Čistá síla působící na desku se rovná hmotnosti plus tahové síle. Hmotnost destičky je získána torzně citlivou mikrobalancí připojenou k destičce zařízením.
U této metody se měří síla oddělující povrch kovového prstence od povrchu kapaliny, přičemž se ujistěte, že před měřením je prstenec zcela ponořen do kapaliny. Separační síla se rovná mezifázovému napětí a měří se pomocí vysoce přesné váhy.
Tato metoda je založena na měření deformace kapky visící z kapiláry. Kapka je udržována v rovnováze, zatímco visí, protože tahová síla se rovná hmotnosti kapky.
Prodloužení kapky je úměrné hmotnosti kapky. Metoda je založena na stanovení délky prodloužení kapky vzhledem k její hmotnosti.
Metoda rotujících kapek je velmi užitečná pro měření velmi nízkých mezifázových napětí, která platí pro proces výroby emulzí a mikroemulzí..
Spočívá v umístění kapky méně husté kapaliny do kapiláry naplněné jinou kapalinou. Pokles je vystaven odstředivé síle způsobené rotujícím pohybem s velkou rychlostí, který prodlužuje pokles na ose a působí proti tahové síle.
Mezifázové napětí se získá z rozměrů geometrického tvaru kapky, deformace a rychlosti otáčení.
Zatím žádné komentáře