Plik napięcie międzyfazowe (γ) to siła wypadkowa na jednostkę długości, która jest wywierana na powierzchnię styku między jedną fazą (stałą lub ciekłą) a drugą (stałą, ciekłą lub gazową). Siła wypadkowa jest prostopadła do powierzchni styku i skierowana do wnętrza faz.
Kiedy jedna z faz jest gazem, zwykle nazywa się to napięcie powierzchniowe. Fazy w kontakcie są niemieszalne, to znaczy nie mogą się razem rozpuścić, tworząc roztwór. Obszar kontaktu między fazami to geometryczna powierzchnia separacji zwana berło. Napięcie międzyfazowe jest spowodowane siłami międzycząsteczkowymi występującymi na granicy faz.
Napięcie międzyfazowe odgrywa ważną rolę w wielu zjawiskach i procesach międzyfazowych, takich jak produkcja emulsji i olej..
Indeks artykułów
Właściwości interfejsu nie są takie same, jak właściwości wewnątrz stykających się faz, ponieważ przejawiają się różne interakcje molekularne, ponieważ w tym regionie znajdują się cząsteczki należące zarówno do jednej, jak i drugiej fazy..
Cząsteczki w fazie oddziałują z sąsiednimi cząsteczkami, które mają podobne właściwości. W konsekwencji wewnętrzna siła netto wynosi zero, ponieważ przyciągające i odpychające interakcje są takie same we wszystkich możliwych kierunkach..
Cząsteczki, które znajdują się na powierzchni między dwiema fazami, są otoczone przez cząsteczki z tej samej fazy, ale także przez sąsiednie cząsteczki z drugiej fazy..
W tym przypadku siła wypadkowa nie jest zerowa i jest skierowana do wnętrza fazy, w której występuje największe oddziaływanie. W rezultacie stan energetyczny cząsteczek na powierzchni jest większy niż stan energetyczny w fazie.
Siła netto działająca do wewnątrz na jednostkę długości wzdłuż interfejsu to napięcie międzyfazowe. Dzięki tej sile cząsteczki spontanicznie dążą do minimalizacji energii, minimalizując pole powierzchni dla każdej jednostki objętości..
Aby przyciągnąć cząsteczkę od wewnątrz na powierzchnię, konieczne jest, aby siły działające na cząsteczkę przekraczały siłę wypadkową. Innymi słowy, wymagana jest praca, aby zwiększyć powierzchnię międzyfazową..
Im większa siła międzycząsteczkowa netto, tym większa praca do wykonania i większy wkład energii. Z tego powodu napięcie międzyfazowe jest również definiowane jako funkcja pracy lub funkcja energii, jak wspomniano poniżej:
Napięcie międzyfazowe to praca wymagana do stworzenia obszaru jednostkowego na styku. Podobnie, napięcie międzyfazowe definiuje się jako swobodną energię wymaganą na jednostkę utworzonej powierzchni.
Równanie napięcia międzyfazowego w funkcji siły międzycząsteczkowej netto jest następujące:
γ = F / 2l [1]
fa = Siła netto
l = długość interfejsu
Liczba 2, która pojawia się w równaniu [1], oznacza, że istnieją dwie powierzchnie, po jednej dla każdej ściany interfejsu.
Napięcie międzyfazowe jako funkcję pracy wymaganej do wygenerowania jednostki pola powierzchni wyraża się następującym równaniem:
γ = W / ΔA [dwa]
W = Praca
ΔA = Zwiększenie powierzchni
Tworzeniu obszaru międzyfazowego towarzyszy wzrost swobodnej energii formowania.
γ = ΔE/ΔA [3]
ΔE = Energia tworzenia interfejsu
Jednostki napięcia międzyfazowego w systemie międzynarodowym to N / m lub Joules / mdwa. Często stosuje się również Dyn / cm lub mN / m.
Jednym z głównych czynników wpływających na napięcie międzyfazowe jest temperatura. Wraz ze wzrostem temperatury siły oddziaływania zmniejszają się, w konsekwencji zmniejsza się również siła wypadkowa, która obkurcza powierzchnię, powodując spadek napięcia międzyfazowego..
Jeśli temperatura będzie nadal rosła, nadejdzie czas, kiedy napięcie międzyfazowe zniknie i nie będzie już powierzchni rozdzielającej między fazami. Temperatura, w której zanika napięcie międzyfazowe, nazywana jest temperaturą krytyczną (tdo).
Powodem spadku napięcia międzyfazowego jest to, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta energia kinetyczna w wyniku wzrostu ruchu termicznego cząsteczek..
Istnieją różne metody doświadczalnego pomiaru napięcia międzyfazowego, spośród których najodpowiedniejsza może być wybrana ze względu na charakterystyczne właściwości stykających się faz i warunki doświadczalne..
Metody te obejmują metodę płytki Wilhelmy'ego, metodę pierścieniową Du Nouy, metodę kropli wiszącej i metodę kropli obrotowych..
Polega na pomiarze siły skierowanej w dół, wywieranej przez powierzchnię fazy ciekłej na płytkę aluminiową lub szklaną. Siła netto wywierana na płytę jest równa masie plus siła rozciągająca. Ciężar płytki jest określany przez wrażliwą na skręcanie mikrowagę przymocowaną do płytki za pomocą urządzenia.
W metodzie tej mierzy się siłę potrzebną do oddzielenia powierzchni metalowego pierścienia od powierzchni cieczy, upewniając się, że przed pomiarem pierścień jest całkowicie zanurzony w cieczy. Siła oddzielająca jest równa napięciu międzyfazowemu i jest mierzona za pomocą wagi o wysokiej precyzji.
Metoda ta polega na pomiarze odkształcenia kropli zwisającej z kapilary. Kropla jest utrzymywana w równowadze, gdy jest zawieszona, ponieważ siła rozciągająca jest równa wadze kropli.
Wydłużenie kropli jest proporcjonalne do ciężaru kropli. Metoda polega na wyznaczeniu wydłużenia kropli ze względu na jej ciężar.
Metoda wirującej kropli jest bardzo przydatna do pomiaru bardzo niskich napięć międzyfazowych, które mają zastosowanie w procesie produkcji emulsji i mikroemulsji..
Polega na umieszczeniu kropli mniej gęstej cieczy wewnątrz kapilary wypełnionej inną cieczą. Kropla jest poddawana działaniu siły odśrodkowej w wyniku ruchu obrotowego z dużą prędkością, która wydłuża kroplę na osi i przeciwdziała sile rozciągającej.
Napięcie międzyfazowe uzyskuje się z wymiarów geometrycznego kształtu kropli, odkształcenia i prędkości obrotowej.
Jeszcze bez komentarzy