- Định nghĩa
- Định nghĩa dựa trên công việc và năng lượng
- Phương trình và đơn vị của lực căng bề mặt
- Đo sức căng bề mặt
- Phương pháp tấm Wilhelmy
- Phương pháp nhẫn Du Nouy
- Phương pháp thả mặt dây chuyền
- Phương pháp thả xoay
- Người giới thiệu
Lực căng bề mặt (γ) là lực thực trên một đơn vị chiều dài tác dụng lên bề mặt tiếp xúc giữa pha (rắn hoặc lỏng) và pha khác (rắn, lỏng hoặc khí). Lực ròng có phương thẳng đứng với bề mặt tiếp xúc và hướng vào bên trong của các pha.
Khi một trong các pha là chất khí, nó thường được gọi là sức căng bề mặt. Các pha tiếp xúc là không thể trộn lẫn, nghĩa là chúng không thể hòa tan với nhau để tạo thành dung dịch. Vùng tiếp xúc giữa các pha là một bề mặt phân cách hình học được gọi là mặt phân cách. Lực căng giữa các mặt là do lực giữa các phân tử hiện diện tại mặt phân cách.
Lực giữa các phân tử của chất lỏng tiếp xúc với không khí
Sức căng giữa các bề mặt đóng một vai trò quan trọng trong nhiều hiện tượng và quá trình bề mặt như sản xuất nhũ tương và sản xuất dầu.
Định nghĩa
Các tính chất của mặt phân cách không giống với các tính chất bên trong các pha tiếp xúc, bởi vì các tương tác phân tử khác nhau được biểu hiện bởi vì trong vùng đó có các phân tử thuộc cả pha này và pha kia.
Các phân tử trong một pha tương tác với các phân tử lân cận, có các tính chất tương tự. Do đó, lực bên trong thực bằng không vì tương tác hút và đẩy là như nhau theo mọi hướng có thể.
Các phân tử nằm trên bề mặt giữa hai pha được bao quanh bởi các phân tử từ cùng pha nhưng cũng bởi các phân tử lân cận từ pha khác.
Trong trường hợp này, lực thực không bằng 0 và nó hướng về phía bên trong của pha mà ở đó có lực tương tác lớn hơn. Kết quả là trạng thái năng lượng của các phân tử trên bề mặt lớn hơn trạng thái năng lượng trong pha.
Lực thực tác dụng vào trong trên một đơn vị chiều dài dọc theo mặt phân cách là lực căng mặt ngoài. Do lực này, các phân tử tự phát có xu hướng giảm thiểu năng lượng, giảm thiểu diện tích bề mặt cho mỗi đơn vị thể tích.
Định nghĩa dựa trên công việc và năng lượng
Để hút một phân tử từ bên trong ra bề mặt, lực tác dụng lên phân tử phải vượt quá lực tịnh. Nói cách khác, cần phải làm việc để tăng bề mặt giao diện.
Lực lượng cần thiết để tăng vùng giao diện. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)
Lực ròng giữa các phân tử càng lớn thì công việc phải thực hiện càng lớn và năng lượng đầu vào càng lớn. Vì lý do này, lực căng bề mặt cũng được định nghĩa là một hàm của công việc hoặc như một hàm của năng lượng, như được đề cập dưới đây:
Lực căng giữa các mặt là công việc cần thiết để tạo ra một khu vực đơn vị tại giao diện. Tương tự như vậy, sức căng bề mặt được định nghĩa là năng lượng tự do cần thiết trên một đơn vị diện tích được tạo ra.
Phương trình và đơn vị của lực căng bề mặt
Phương trình của lực căng mặt ngoài như một hàm của lực thuần giữa các phân tử là:
γ = F / 2l
Lý do tại sao sức căng mặt cắt giảm là khi nhiệt độ tăng, động năng tăng do sự tăng chuyển động nhiệt của các phân tử.
Đo sức căng bề mặt
Có nhiều phương pháp đo thực nghiệm sức căng bề mặt khác nhau, trong đó phương pháp thích hợp nhất có thể được chọn theo tính chất đặc trưng của các pha tiếp xúc và điều kiện thực nghiệm.
Các phương pháp này bao gồm phương pháp tấm Wilhelmy, phương pháp nhẫn Du Nouy, phương pháp thả mặt dây chuyền và phương pháp thả xoay.
Phương pháp tấm Wilhelmy
Nó bao gồm đo lực đi xuống do bề mặt của pha lỏng tác dụng lên tấm nhôm hoặc thủy tinh. Lực ròng tác dụng lên tấm bằng trọng lượng cộng với lực kéo. Trọng lượng của tấm có được nhờ một vi cân bằng nhạy xoắn được gắn vào tấm bằng một thiết bị.
Phương pháp nhẫn Du Nouy
Trong phương pháp này, lực để tách bề mặt của một vòng kim loại ra khỏi bề mặt chất lỏng được đo đảm bảo rằng trước khi đo, vòng ngập hoàn toàn trong chất lỏng. Lực tách bằng lực căng bề mặt và được đo bằng cách sử dụng cân có độ chính xác cao.
Phương pháp thả mặt dây chuyền
Phương pháp này dựa trên việc đo độ biến dạng của giọt treo trên ống mao dẫn. Vật thả được giữ cân bằng trong khi treo vì lực kéo bằng trọng lượng của vật thả.
Độ giãn dài của giọt tỷ lệ với trọng lượng của giọt. Phương pháp này dựa trên việc xác định độ giãn dài của phần rơi do trọng lượng của nó.
Phương pháp thả mặt dây chuyền
Phương pháp thả xoay
Phương pháp thả quay rất hữu ích để đo độ căng bề mặt rất thấp được áp dụng cho quá trình sản xuất nhũ tương và vi nhũ tương.
Nó bao gồm việc đặt một giọt chất lỏng ít đặc hơn bên trong ống mao dẫn chứa đầy chất lỏng khác. Sự thả rơi chịu tác dụng của lực ly tâm do chuyển động quay, với tốc độ lớn, làm kéo dài vật rơi trên trục và phản lại lực kéo.
Lực căng bề mặt nhận được từ các kích thước của hình dạng hình học của giọt, bị biến dạng và tốc độ quay.
Người giới thiệu
- Tadros, T F. Chất hoạt động bề mặt ứng dụng. Berkshire, Vương quốc Anh: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005.
- van Oss, C J. Lực lượng liên lạc trong Aqueous Media. Florida, Hoa Kỳ: Taylor & Francis Group, 2006.
- Hình, L và Teixeira, A A. Vật lý thực phẩm: Tính chất vật lý - Đo lường và ứng dụng. Đức: Springer, 2007.
- Anton de Salager, R E. Căng thẳng giữa các bên. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005.
- Speight, J G. Sổ tay Phân tích Sản phẩm Dầu mỏ. New Jersey, Hoa Kỳ: Jhon Wiley và các con trai, 2015.
- Adamson, AW và Gast, A P. Hóa lý bề mặt. Hoa Kỳ: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
- Blunt, M J. Dòng chảy nhiều pha trong môi trường thấm: Phối cảnh quy mô lỗ chân lông. Cambridge, Vương quốc Anh: Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2017.