- Определение
- Определение, основанное на работе и энергии
- Уравнение и единицы межфазного натяжения
- Измерение межфазного натяжения
- Метод пластины Вильгельми
- Метод кольца Дю Нуи
- Метод подвески падения
- Метод вращающейся капли
- Ссылки
Межфазное натяжение (γ) является результирующая сила на единицу длины , действующей на контактной поверхности между фазой (твердое или жидкое) , а другой (твердой, жидкой или газообразной). Суммарная сила вертикальна по отношению к контактной поверхности и направлена внутрь фаз.
Когда одна из фаз представляет собой газ, это обычно называют поверхностным натяжением. Соприкасающиеся фазы не смешиваются, то есть они не могут растворяться вместе с образованием раствора. Область контакта между фазами представляет собой геометрическую поверхность разделения, называемую границей раздела. Межфазное натяжение возникает из-за межмолекулярных сил, присутствующих на границе раздела.
Силы между молекулами жидкости при контакте с воздухом
Межфазное натяжение играет важную роль во многих межфазных явлениях и процессах, таких как образование эмульсии и добыча нефти.
Определение
Свойства поверхности раздела не совпадают со свойствами внутри фаз, находящихся в контакте, потому что проявляются различные молекулярные взаимодействия, потому что в этой области есть молекулы, которые принадлежат как одной фазе, так и другой.
Молекулы внутри фазы взаимодействуют с соседними молекулами, которые имеют аналогичные свойства. Следовательно, чистая внутренняя сила равна нулю, потому что взаимодействия притяжения и отталкивания одинаковы во всех возможных направлениях.
Молекулы, которые находятся на поверхности между двумя фазами, окружены молекулами из одной и той же фазы, но также и соседними молекулами из другой фазы.
В этом случае результирующая сила не равна нулю, и она направлена внутрь фазы, в которой наблюдается большее взаимодействие. В результате энергетическое состояние молекул на поверхности больше, чем энергетическое состояние внутри фазы.
Чистая сила, действующая внутрь на единицу длины вдоль границы раздела, представляет собой межфазное натяжение. Из-за этой силы молекулы спонтанно стремятся минимизировать энергию, сводя к минимуму площадь поверхности для каждой единицы объема.
Определение, основанное на работе и энергии
Чтобы привлечь молекулу изнутри к поверхности, необходимо, чтобы силы, действующие на молекулу, превышали результирующую силу. Другими словами, требуется работа по увеличению межфазной поверхности.
Сила необходима для увеличения межфазной области. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)
Чем больше чистая межмолекулярная сила, тем большую работу предстоит совершить и тем больше будет вложена энергия. По этой причине межфазное натяжение также определяется как функция работы или как функция энергии, как указано ниже:
Межфазное натяжение - это работа, необходимая для создания единичной площади на границе раздела. Точно так же межфазное натяжение определяется как свободная энергия, необходимая на единицу созданной площади.
Уравнение и единицы межфазного натяжения
Уравнение межфазного натяжения как функции чистой межмолекулярной силы имеет следующий вид:
γ = F / 2l
Причина, по которой межфазное натяжение уменьшается, заключается в том, что с повышением температуры кинетическая энергия увеличивается из-за увеличения теплового движения молекул.
Измерение межфазного натяжения
Существуют различные методы экспериментального измерения межфазного натяжения, среди которых можно выбрать наиболее подходящий в соответствии с характеристическими свойствами контактирующих фаз и условиями эксперимента.
Эти методы включают метод пластины Вильгельми, метод кольца Дю Нуи, метод подвешенной капли и метод вращающейся капли.
Метод пластины Вильгельми
Он заключается в измерении направленной вниз силы, прилагаемой поверхностью жидкой фазы к алюминиевой или стеклянной пластине. Чистая сила, приложенная к пластине, равна весу плюс растягивающее усилие. Вес пластины определяется с помощью чувствительных к кручению микровесов, прикрепленных к пластине с помощью устройства.
Метод кольца Дю Нуи
В этом методе измеряется сила, отделяющая поверхность металлического кольца от поверхности жидкости, убедившись, что перед измерением кольцо полностью погружено в жидкость. Сила разделения равна межфазному натяжению и измеряется с помощью высокоточных весов.
Метод подвески падения
Этот метод основан на измерении деформации капли, свисающей с капилляра. Пока она висит, капля удерживается в равновесии, поскольку сила натяжения равна весу капли.
Удлинение капли пропорционально весу капли. Метод основан на определении длины удлинения капли за счет ее веса.
Метод подвески падения
Метод вращающейся капли
Метод вращающейся капли очень полезен для измерения очень низкого межфазного натяжения, которое применяется в процессе производства эмульсии и микроэмульсии.
Он заключается в помещении капли менее плотной жидкости в капиллярную трубку, заполненную другой жидкостью. Капля подвергается центробежной силе из-за вращательного движения с большой скоростью, которая удлиняет каплю на оси и противодействует силе натяжения.
Межфазное натяжение определяется из геометрической формы деформируемой капли и скорости вращения.
Ссылки
- Тадрос, Т. Ф. Прикладные поверхностно-активные вещества. Беркшир, Великобритания: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005.
- Ван Осс, К. Дж. Межфазные силы в водных средах. Флорида, США: Taylor & Francis Group, 2006.
- Фигура, Л. и Тейшейра, А. А. Физика пищевых продуктов: физические свойства - измерение и применение. Германия: Springer, 2007.
- Антон де Салагер, Р. Э. Межфазное натяжение. Мерида: FIRP - Андский университет, 2005.
- Спейт, Дж. Г. Справочник по анализу нефтепродуктов. Нью-Джерси, США: Jhon Wiley & sons, 2015.
- Адамсон, А.В., Гаст, А.П. Физическая химия поверхностей. США: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
- Блант, М. Дж. Многофазный поток в проницаемых средах: перспектива в масштабе пор. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета, 2017.