MEĐUSOBNA NAPETOST: DEFINICIJA, JEDNADŽBA, JEDINICE I MJERENJE - FIZIČKA - 2024

Površinska napetost (γ) je neto sila po jedinici duljine djeluje na dodirnoj površini između faza (krutine ili tekućine), a drugi (kruto, tekuće ili plinovito). Neto sila je okomita na dodirnu površinu i usmjerena je prema unutrašnjosti faza.

Kad je jedna od faza plin, obično se naziva površinska napetost. Faze u kontaktu su nemjerljive, to jest, ne mogu se otopiti zajedno da bi stvorile otopinu. Područje dodira između faza je geometrijska površina odvajanja koja se naziva sučelje. Međusobna napetost nastaje zbog intermolekularnih sila prisutnih na sučelju.

Sile između molekula tekućine u kontaktu sa zrakom

Međusobna napetost igra važnu ulogu u mnogim međufaznim pojavama i procesima kao što su proizvodnja emulzija i proizvodnja ulja.

Definicija

Svojstva sučelja nisu jednaka svojstvima unutar faza u kontaktu, jer se očituju različite molekularne interakcije jer u tom području postoje molekule koje pripadaju i jednoj i drugoj fazi.

Molekule unutar faze međusobno djeluju sa susjednim molekulama, koje imaju slična svojstva. Stoga je neto unutarnja sila jednaka nuli, jer su privlačne i odbojne interakcije iste u svim mogućim smjerovima.

Molekule koje se nalaze na površini između dviju faza okružene su molekulama iz iste faze, ali i susjednim molekulama iz druge faze.

U ovom slučaju neto sila nije jednaka nuli, a usmjerena je prema unutrašnjosti faze u kojoj postoji veća interakcija. Rezultat toga je da je energetsko stanje molekula na površini veće od energetskog stanja unutar faze.

Neto sila koja djeluje prema unutra na duljinu jedinice duž sučelja je međufazna napetost. Zbog ove sile, molekule spontano teže smanjenju energije, minimizirajući površinu za svaku jedinicu volumena.

Definicija na temelju rada i energije

Za privlačenje molekule iznutra na površinu potrebno je da sile koje djeluju na molekulu prelaze neto silu. Drugim riječima, potrebno je raditi na povećanju međufazne površine.

Sila potrebna za povećanje međufazne regije. (Https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)

Što je veća intermolekularna sila, veći je posao koji se mora obaviti i veći je unos energije. Iz tog razloga, međufazna napetost je također definirana kao funkcija rada ili kao energija, kao što je spomenuto u nastavku:

Interfacijalna napetost je posao potreban za stvaranje jediničnog područja na sučelju. Isto tako, međufazna napetost se definira kao potrebna slobodna energija po jedinici stvorene površine.

Jednadžba i jedinice međufazne napetosti

Jednadžba interfacijalne napetosti kao funkcije neto međumolekulske sile je:

γ = F / 2l

Razlog zbog kojeg se međufazna napetost smanjuje je taj što se temperatura povećava, s povećanjem toplinskog kretanja molekula povećava se kinetička energija.

Mjerenje međufazne napetosti

Postoje različite metode eksperimentalnog mjerenja međufazne napetosti, među kojima se može odabrati najprikladnija prema karakterističnim svojstvima faza u kontaktu i eksperimentalnim uvjetima.

Ove metode uključuju Wilhelmy-ovu ploču, Du-Nouy-ovu prstenastu metodu, privjesnu kap i rotirajuću kapljicu.

Metoda Wilhelmy ploče

Sastoji se od mjerenja sile sila prema površini tekuće faze na aluminijskoj ili staklenoj ploči. Neto sila izvršena na ploči jednaka je težini plus zateznoj sili. Težina ploče dobiva se mikrobalansom osjetljivim na torziju koji je pričvršćen na ploču.

Du Nouy metoda prstena

U ovoj se metodi mjeri sila za odvajanje površine metalnog prstena od površine tekućine osiguravajući da se prije mjerenja prsten u potpunosti uroni u tekućinu. Sila odvajanja jednaka je međufaznoj napetosti i mjeri se pomoću ravnoteže visoke preciznosti.

Metoda spuštanja privjesaka

Ova metoda temelji se na mjerenju deformacije kapi koja visi iz kapilare. Kap se drži u ravnoteži dok visi, jer vlačna sila jednaka je težini kapi.

Izduženje kapi proporcionalno je težini kapi. Metoda se temelji na određivanju duljine izduženja kapi zbog njegove težine.

Metoda spuštanja privjesaka

Rotirajuća metoda kapanja

Metoda rotirajuće kapljice vrlo je korisna za mjerenje vrlo malih međufaznih napetosti koje se primjenjuju na postupak proizvodnje emulzije i mikroemulzije.

Sastoji se od stavljanja kapi manje guste tekućine u kapilarnu cijev ispunjenu drugom tekućinom. Pad se podvrgava centrifugalnoj sili uslijed rotirajućeg pokreta, velikom brzinom, koja produžuje pad na osi i suprotstavlja se vlačnoj sili.

Međusobna napetost dobiva se iz dimenzija geometrijskog oblika kapi koji se deformira i brzine vrtnje.

Reference

1. Tadros, T F. Primijenjena površinski aktivna sredstva. Berkshire, Velika Britanija: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005.
2. van Oss, C J. Međusobne sile u vodenim medijima. Florida, SAD: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Slika, L i Teixeira, A. A. Fizika hrane: Fizička svojstva - mjerenje i primjene. Njemačka: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, R E. Međusobna napetost. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Priručnik za analizu naftnih proizvoda. New Jersey, SAD: Jhon Wiley & sinovi, 2015.
6. Adamson, AW i Gast, A. P. Fizička kemija površina. SAD: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
7. Blunt, M J. Višefazni tok u propusnim medijima: perspektiva pore-ljestvice. Cambridge, Velika Britanija: Cambridge University Press, 2017.