TENSIUNEA INTERFAȚIALĂ: DEFINIȚIE, ECUAȚIE, UNITĂȚI ȘI MĂSURĂTOARE - FIZIC - 2025

Tensiunea interfacială (γ) este forța netă pe unitatea de lungime exercitată pe suprafața de contact dintre o fază (solid sau lichid) și altul (solid, lichid sau gazos). Forța netă este verticală față de suprafața de contact și este îndreptată spre interiorul fazelor.

Atunci când una dintre faze este un gaz se numește de obicei tensiune la suprafață. Fazele în contact sunt imiscibile, adică nu se pot dizolva pentru a forma o soluție. Regiunea de contact dintre faze este o suprafață geometrică de separare numită interfață. Tensiunea interfațială se datorează forțelor intermoleculare prezente la interfață.

Forțele dintre moleculele unui lichid în contact cu aerul

Tensiunea interfațială joacă un rol important în multe fenomene și procese interfațiale precum producția de emulsie și producția de ulei.

Definiție

Proprietățile interfeței nu sunt aceleași cu proprietățile din fazele în contact, deoarece se manifestă diferite interacțiuni moleculare, deoarece în acea regiune există molecule care aparțin atât unei faze, cât și celeilalte.

Moleculele dintr-o fază interacționează cu moleculele vecine, care au proprietăți similare. În consecință, forța internă netă este zero, deoarece interacțiunile atrăgătoare și respingătoare sunt aceleași în toate direcțiile posibile.

Moleculele care sunt la suprafață între cele două faze sunt înconjurate de molecule din aceeași fază, dar și de molecule vecine din cealaltă fază.

În acest caz, forța netă nu este zero și este îndreptată spre interiorul fazei în care există o interacțiune mai mare. Rezultatul este că starea energetică a moleculelor de la suprafață este mai mare decât starea energetică din faza.

Forța netă care acționează în interior pe lungimea unității de-a lungul interfeței este tensiunea interfațială. Datorită acestei forțe, moleculele tind în mod spontan să minimizeze energia, minimizând suprafața pentru fiecare unitate de volum.

Definiție bazată pe muncă și energie

Pentru a atrage o moleculă din interior la suprafață este necesar ca forțele care acționează asupra moleculei să depășească forța netă. Cu alte cuvinte, munca este necesară pentru a crește suprafața interfațială.

Forța necesară pentru creșterea regiunii interfațiale. (Https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)

Cu cât forța intermoleculară mai mare este mai mare, cu atât este mai mare munca de făcut și cu atât este mai mare aportul de energie. Din acest motiv, tensiunea interfațială este definită, de asemenea, ca o funcție de lucru sau ca o funcție de energie, după cum se menționează mai jos:

Tensiunea interfațială este munca necesară pentru crearea unei zone de unitate la interfață. De asemenea, tensiunea interfațială este definită drept energia liberă necesară pentru fiecare unitate creată.

Ecuația și unitățile de tensiune interfațială

Ecuația tensiunii interfațiale ca funcție a forței intermoleculare nete este:

γ = F / 2l

Motivul pentru care tensiunea interfacială scade este că pe măsură ce temperatura crește, energia cinetică crește datorită creșterii mișcării termice a moleculelor.

Măsurarea tensiunii interfațiale

Există diferite metode de măsurare experimentală a tensiunii interfațiale, dintre care cele mai potrivite pot fi alese în funcție de proprietățile caracteristice ale fazelor în contact și condițiile experimentale.

Aceste metode includ metoda placii Wilhelmy, metoda inelului Du Nouy, ​​metoda picăturii pandantive și metoda prin picătură rotativă.

Metoda placii Wilhelmy

Ea constă în măsurarea forței descendente exercitate de suprafața unei faze lichide pe o placă de aluminiu sau sticlă. Forța netă exercitată pe placă este egală cu greutatea plus forța de tracțiune. Greutatea plăcii este obținută printr-un microbalanț sensibil la torsiune atașat pe placă de un dispozitiv.

Metoda inelului Du Nouy

În această metodă, se măsoară forța de a separa suprafața unui inel metalic de o suprafață lichidă, asigurându-se că înainte de măsurare, inelul este complet scufundat în lichid. Forța de separare este egală cu tensiunea interfațială și se măsoară folosind un echilibru de mare precizie.

Metoda pandantivului drop

Această metodă se bazează pe măsurarea deformării unei picături atârnate de un capilar. Căderea este menținută în echilibru în timp ce este agățată deoarece forța de tracțiune este egală cu greutatea picăturii.

Alungirea picăturii este proporțională cu greutatea picăturii. Metoda se bazează pe determinarea lungimii de alungire a picăturii datorită greutății sale.

Metoda pandantivului drop

Metoda căderii rotative

Metoda de cădere rotativă este foarte utilă pentru măsurarea tensiunilor interfețiale foarte mici, care sunt aplicate la procesul de producție de emulsie și microemulsie.

Ea constă în plasarea unei picături dintr-un lichid mai puțin dens în interiorul unui tub capilar umplut cu un alt lichid. Căderea este supusă unei forțe centrifuge datorită unei mișcări de rotație, cu viteză mare, care alungă căderea pe axă și se opune forței de tracțiune.

Tensiunea interfațială se obține din dimensiunile formei geometrice a picăturii, fiind deformată și viteza de rotație.

Referințe

1. Tadros, T F. surfactanți aplicați. Berkshire, Marea Britanie: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005.
2. van Oss, C J. Forțele interfațiale în mediu apos. Florida, SUA: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Figura, L și Teixeira, A A. Fizica alimentară: proprietăți fizice - măsurare și aplicații. Germania: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, R E. Tensiunea interfațială. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Manual de analiză a produselor petroliere. New Jersey, SUA: Jhon Wiley & sons, 2015.
6. Adamson, AW și Gast, A P. Chimie fizică a suprafețelor. SUA: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
7. Blunt, M J. Fluxul multihase în mediile permeabile: o perspectivă la scară poroasă. Cambridge, Marea Britanie: Cambridge University Press, 2017.