TARPFAZINĖ ĮTAMPA: APIBRĖŽIMAS, LYGTIS, VIENETAI IR MATAVIMAS - FIZINIS - 2025

Interfacial įtampa (γ) yra vienetinio ilgio grynasis jėga, kuria ant kontaktinio paviršiaus tarp fazės (kietos arba skystos), o kitas (kieta, skysta arba dujinė). Tinklo jėga yra vertikali kontaktinio paviršiaus atžvilgiu ir nukreipta į fazių vidų.

Kai viena iš fazių yra dujos, tai paprastai vadinama paviršiaus įtempiu. Kontaktinės fazės yra nesimaišomos, tai yra, jos negali ištirpti kartu, kad sudarytų tirpalą. Fazių sąlyčio sritis yra geometrinis atskyrimo paviršius, vadinamas sąsaja. Tarpfazinis įtempimas atsiranda dėl tarpmolekulinių jėgų, esančių sąsajoje.

Jėgos tarp skysčio molekulių, susiliečiančių su oru

Tarpfazinė įtampa vaidina svarbų vaidmenį daugelyje sąveikos reiškinių ir procesų, tokių kaip emulsijos ir aliejaus gamyba.

Apibrėžimas

Sąsajos savybės nesutampa su sąlyčio fazių viduje esančiomis savybėmis, nes pasireiškia skirtinga molekulinė sąveika, nes tame regione yra molekulių, priklausančių ir vienai, ir kitai fazei.

Fazės molekulės sąveikauja su kaimyninėmis molekulėmis, kurios turi panašias savybes. Taigi grynoji vidaus jėga yra lygi nuliui, nes patraukli ir atstumianti sąveika visomis įmanomomis kryptimis yra vienoda.

Molekulės, esančios paviršiuje tarp dviejų fazių, yra apsuptos tos pačios fazės molekulių, bet taip pat ir gretimos molekulės iš kitos fazės.

Šiuo atveju grynoji jėga nėra lygi nuliui, ir ji nukreipta į fazės, kurioje vyksta didesnė sąveika, vidų. Rezultatas yra tas, kad molekulių energetinė būsena paviršiuje yra didesnė už energijos būseną fazėje.

Tinklo jėga, veikianti vidinę ilgio vienetą išilgai sąsajos, yra paviršiaus įtampa. Dėl šios jėgos molekulės spontaniškai linkusios sumažinti energiją, iki minimumo sumažindamos kiekvieno tūrio vieneto paviršiaus plotą.

Apibrėžimas pagrįstas darbu ir energija

Norint patraukti molekulę iš vidaus į paviršių, būtina, kad molekulę veikiančios jėgos viršytų grynąją jėgą. Kitaip tariant, norint padidinti sąsajos paviršių, reikia dirbti.

Jėga, reikalinga paviršiniam regionui padidinti. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)

Kuo didesnė grynoji tarpmolekulinė jėga, tuo didesnis darbas turi būti atliktas ir tuo didesnė energijos išeiga. Dėl šios priežasties tarpfazinė įtampa taip pat apibrėžiama kaip darbo funkcija arba kaip energijos funkcija, kaip minėta toliau:

Interfazinė įtampa yra darbas, kurio reikia norint sukurti vieneto plotą sąsajoje. Taip pat tarpfazinė įtampa apibrėžiama kaip laisva energija, reikalinga sukuriamam ploto vienetui.

Tarpfazinio įtempio lygtis ir vienetai

Tarpfazinio įtempio kaip grynosios tarpmolekulinės jėgos funkcijos lygtis yra:

γ = F / 2l

Interfazinė įtampa mažėja todėl, kad kylant temperatūrai kinetinė energija didėja dėl molekulių šiluminio judėjimo padidėjimo.

Tarpfazinio įtempio matavimas

Yra įvairių eksperimentinių sąsajų įtempių matavimo metodų, iš kurių tinkamiausi gali būti pasirinkti atsižvelgiant į sąlyčio fazėms būdingas savybes ir eksperimentines sąlygas.

Šie metodai apima Wilhelmy plokštelės metodą, Du Nouy žiedo metodą, pakabuko kritimo metodą ir besisukančio kritimo metodą.

Vilhelmo plokštelės metodas

Jį sudaro žemyn nukreiptos jėgos, kurią skystos fazės paviršius veikia ant aliuminio arba stiklo plokštės, matavimas. Plokštės veikiama naudingoji jėga lygi svoriui ir tempimo jėgai. Plokštės svoris gaunamas naudojant įtempimui jautrų mikrotraumą, pritvirtintą prie plokštės prietaisu.

Du Nouy žiedo metodas

Šiuo metodu išmatuojama jėga atskirti metalinio žiedo paviršių nuo skysčio paviršiaus, užtikrinant, kad prieš matuojant žiedas būtų visiškai panardintas į skystį. Atskyrimo jėga yra lygi paviršiaus įtempimui ir matuojama naudojant aukštą tikslumą.

Lašo pakabuko metodas

Šis metodas pagrįstas lašelio, kabančio iš kapiliarų, deformacijos matavimu. Kritimas laikomas pusiausvyroje, kol jis kabo, nes tempimo jėga lygi lašo svoriui.

Lašo pailgėjimas yra proporcingas lašo svoriui. Šis metodas pagrįstas lašo pailgėjimo ilgio nustatymu atsižvelgiant į jo svorį.

Lašo pakabuko metodas

Besisukančio kritimo metodas

Sukimosi kritimo metodas yra labai naudingas norint išmatuoti labai mažą paviršiaus įtempį, kuris yra taikomas emulsijos ir mikroemulsijos gamybos procesams.

Tai susideda iš lašelio mažiau tankaus skysčio į kapiliarinį vamzdelį, užpildytą kitu skysčiu. Dėl sukamojo judesio dideliu greičiu lašas yra veikiamas išcentrinės jėgos, kuri pailgina kritimą ant ašies ir priešinasi tempimo jėgai.

Tarpfazinis įtempis gaunamas atsižvelgiant į deformuoto lašo geometrinės formos matmenis ir sukimosi greitį.

Nuorodos

1. Tadros, T F. Taikomosios paviršiaus aktyviosios medžiagos. Berkshire, JK: „Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co“, 2005 m.
2. van Oss, C J. Sąveikos jėgos vandeninėje terpėje. Florida, JAV: Taylor & Francis grupė, 2006 m.
3. Paveikslas, L ir Teixeira, A A. Maisto fizika: fizikinės savybės - matavimas ir taikymas. Vokietija: „Springer“, 2007 m.
4. Anton de Salager, R E. Interfazinė įtampa. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005 m.
5. Speight, J G. Naftos produktų analizės vadovas. Naujasis Džersis, JAV: Jhon Wiley ir sūnūs, 2015 m.
6. Adamson, AW ir Gast, A P. Paviršių fizikinė chemija. JAV: John Wiley & Sons, Inc., 1997 m.
7. Blunt, M J. Daugiafazis srautas pralaidioje terpėje: poliaus masto perspektyva. Kembridžas, JK: „Cambridge University Press“, 2017 m.