Definicja napięcia międzyfazowego, równanie, jednostki i pomiar

napięcie międzyfazowe (γ) to siła netto na jednostkę długości, która jest wywierana na powierzchnię kontaktową między jedną fazą (stałą lub cieczą) a drugą (stałą, cieczą lub sodą). Siła netto jest pionowa do powierzchni styku i jest skierowana do faz.

Gdy jedna z faz jest gazem, zwykle nazywa się napięcie powierzchniowe. Fazy ​​kontaktowe są niemieszalne, to znaczy nie mogą się rozpuścić, aby utworzyć roztwór. Obszar kontaktowy między fazami to geometryczna powierzchnia separacji Interfejs. Napięcie międzyfazowe wynika z sił międzycząsteczkowych obecnych na interfejsie.

Siły między cząsteczkami cieczy w kontakcie z powietrzem [przez Booyabazooka (https: // commons.Wikimedia.ORG/Wiki/File: Wassermolek%C3%Bcleint%C3%B6pfchen.Svg)]

Napięcie międzyfazowe odgrywa ważną rolę w wielu zjawiskach międzyfazowych i procesach, takich jak emulsje i produkcja ropy.

[TOC]

Definicja

Właściwości interfejsu nie są równe właściwościom wewnątrz faz w kontakcie, ponieważ różne interakcje molekularne objawia się, ponieważ w tym regionie istnieją cząsteczki, które należą zarówno do jednej fazy, jak i drugiej.

Cząsteczki wewnątrz fazy oddziałują z sąsiednimi cząsteczkami, które mają podobne właściwości. W związku z tym wewnętrzna siła netto jest nieważna, ponieważ atrakcyjne i odpychające interakcje są równe we wszystkich możliwych kierunkach.

Cząsteczki, które znajdują się na powierzchni między dwiema fazami, są otoczone cząsteczkami tej samej fazy, ale także z sąsiednich cząsteczek drugiej fazy.

W tym przypadku siła netto nie jest nieważna i jest skierowana do fazy, w której występuje większa interakcja. W rezultacie stan energii cząsteczek na powierzchni jest większy niż stan energii w fazie.

Może ci służyć: strzał paraboliczny: cechy, wzory i równania, przykłady

Siła netto, która działa w kierunku wnętrza na jednostkę długości wzdłuż interfejsu, jest napięcie międzyfazowe. Z powodu tej siły cząsteczki spontanicznie mają tendencję do minimalizacji energii poprzez minimalizację powierzchni dla każdej jednostki objętościowej.

Definicja oparta na pracy i energii

Aby przyciągnąć cząsteczkę od wewnątrz na powierzchnię, konieczne jest, aby siły działające na cząsteczkę przezwyciężyły siłę netto. Innymi słowy, wymagana jest praca w celu zwiększenia powierzchni międzyfazowej.

Siła niezbędna do zwiększenia regionu międzyfazowego. (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: Surface_Growing.PNG)

Im większa, tym większa siła międzycząsteczkowa jest pracą do wykonania i im większe wejście energii. Z tego powodu napięcie międzyfazowe jest również zdefiniowane według pracy lub na podstawie energii, jak wspomniano poniżej:

Napięcie międzyfazowe to praca niezbędna do utworzenia jednostki obszarowej na interfejsie. Podobnie napięcie międzyfazowe jest definiowane jako wymagana energia swobodna na jednostkę utworzonego obszaru.

Równanie i napięcie międzyfazowe

Równanie napięcia międzyfazowego w zależności od międzycząsteczkowej siły netto wynosi:

γ = F/2l          [1]

F = Siła netto

L = długość interfejsu

Liczba 2, która pojawia się w równaniu [1], oznacza, że ​​istnieją dwie powierzchnie, jedna dla każdej powierzchni interfejsu.

Napięcie międzyfazowe w zależności od pracy wymaganej do wygenerowania jednostki powierzchniowej wyraża się przez następujące równanie:

γ = W/Δa          [2]

W = Praca

ΔA = Wzrost powierzchni

Utworzeniu obszaru międzyfazowego towarzyszy wzrost energii swobodnej treningu.

γ = ΔE/ΔA          [3]

ΔE = Energia formowania interfejsu

Może ci służyć: krzywa ogrzewania: co to jest, jak się robi, przykłady

Międzynarodowe jednostki napięcia w systemie międzynarodowym to N/M lub dżule/m². Jest również zwykle używany dynas/cm lub mn/m.

Zależność temperatury

Jednym z głównych czynników wpływających na napięcie międzyfazowe jest temperatura. Wraz ze wzrostem temperatury siły interakcji zmniejszają się, w wyniku tego siła netto, która kurczy się powierzchnia również zmniejsza się, powodując spadek napięcia międzyfazowego.

Napięcie powierzchniowe w zależności od wody temperatury wody [(https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: temperatura_dependence_surface_tenion_of_water.Svg)]

Jeśli temperatura wciąż rośnie, nadejdzie czas, kiedy napięcie międzyfazowe zostanie anulowane i nie będzie powierzchni separacji między fazami. Temperatura, w której anulowane jest napięcie międzyfazowe, nazywa się temperaturą krytyczną (T_C).

Powodem, dla którego napięcie międzyfazowe zmniejsza się, jest to, że gdy temperatura zwiększa energię kinetyczną z powodu wzrostu ruchu termicznego cząsteczek.

Pomiar napięcia międzyfazowego

Istnieją różne metody eksperymentalnego pomiaru napięcia międzyfazowego, wśród których najbardziej odpowiednie według charakterystycznych właściwości faz w kontaktach i warunkach eksperymentalnych można wybrać.

Wśród tych metod znajdują się metoda płyty Wilhelmy, metoda pierścienia Du Nouy, ​​metoda oczekująca i metoda kropli obrotowej.

Metoda płyty Wilhelmy

Polega na pomiaru siły w dół, która wywiera powierzchnię fazy ciekłej na aluminium lub płycie szklanej. Siła netto wywierana na płytkę jest równa wagi plus siła napięcia. Waga płyty jest uzyskiwana za pomocą środków.

Metoda pierścienia Du Nouy

W tej metodzie mierzy siła w celu oddzielenia powierzchni metalowego pierścienia od powierzchni ciekłej, zapewniając, że przed pomiarem pierścień jest całkowicie zanurzony w cieczy. Siła separacji jest równa napięciu międzyfazowego i jest mierzona przy użyciu wysokiej równowagi precyzyjnej.

Może ci służyć: Planck stała: formuły, wartości i ćwiczenia

Metoda oczekująca

Ta metoda opiera się na pomiarze odkształcenia kropli zwisającej z kapilary. Kropla jest przechowywana w równowadze podczas zawieszenia, ponieważ siła napięcia równa się ciężaru kropli.

Wydłużenie kropli jest proporcjonalne do wagi kropli. Metoda opiera się na określeniu długości kropli ze względu na jego wagę.

Metoda zrzutu nachylenia [przez Urocyon (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/plik: wisant_drop_test.Svg)]

Metoda obrotu

Metoda kroplania obrotowego jest bardzo przydatna do pomiaru bardzo niskich napięć międzyfazowych, które mają zastosowanie do procesu produkcji emulsji i mikroemulcji.

Polega na umieszczeniu kropli mniej gęstej cieczy wewnątrz rurki kapilarnej pełnej innej cieczy. Kropla podlega sile odśrodkowej z powodu ruchu obrotowego z dużą prędkością, co wydłuża spadek na osi y i sprzeciwia się sile napięcia.

Napięcie międzyfazowe uzyskuje się z wymiarów geometrycznego kształtu dny moczanowej, deformowanej i prędkości obrotu.

Bibliografia

1. Tadros, t f. Zastosuj środki powierzchniowo czynne. Berkshire, Wielka Brytania: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2005.
2. Van Oss, C J. Siły międzyfazowe w mediach wodnych. Floryda, USA: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Rysunek, l i teixeira, a a. Fizyka żywności: właściwości fizyczne - pomiar i zastosowania. Niemcy: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, r e. Napięcie międzyfazowe. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Podręcznik analizy produktu naftowego. New Jersey, USA: Jhon Wiley & Sons, 2015.
6. Adamson, W i Gast, A P. Chemia fizyczna powierzchni . US: John Wiley & Sons, Inc. , 1997.
7. Tępe, m j. Przepływ wielofazowy w przetrwałych przeciętnych: perspektywa skal porów. Cambridge, Wielka Brytania: Cambridge University Press, 2017.