Межфазное натяжение

Межфазное натяжение описывает механическую напряженность и , следовательно , силы , которые происходят на границе между двумя различными фазами , которые находятся в контакте друг с другом. Две фазы образуют общий интерфейс , находящийся под межфазным натяжением. Под различными фазами понимаются фазы, которые не смешиваются, например. Б. вода и масло или стекло и вода.

Фазы могут быть жидкими, твердыми или газообразными. Межфазное натяжение между жидкой и газовой фазами обычно называют поверхностным натяжением . Для межфазного натяжения в твердых телах см. Эластичное межфазное натяжение .

Явления

Межфазное натяжение описывает причины, по которым ...

  • падающая вода или вода на оконные стекла распадаются на капли ;
  • поверхность жидкости в пробирке может иметь кривую (→  мениск );
  • Жидкость в стеклянной трубке может немного подняться, если один конец трубки вертикально погрузить в жидкость (→  капиллярность );
  • некоторые насекомые могут ходить по воде (→  водомер );
  • вода может стекать с легкой тонкой куртки от дождя (→  намокание ).

Межфазное натяжение - это «межфазная энергия» или «межфазная работа».

Межфазное натяжение является механическим напряжением в интерфейсе с силами , которые могут привести к снижению в интерфейсе. В отличие от другого определения механического натяжения, оно дается как сила на длину , например B. в единицах СИ  Н / м (см. Поверхностное натяжение # Физические основы ).

В то же время, как работа на границе раздела или энергия, он описывает энергию, которую необходимо преобразовать, чтобы увеличить поверхность раздела на 1 м 2 в изотермических условиях. Здесь также определение работы на площадь приводит к единицам Н / м или кг / с 2 .

Межфазное натяжение означает, что необходимо проделать работу по увеличению границы раздела и что энергия высвобождается по мере уменьшения площади. По этим энергетическим причинам такая система, как вода / воздух, стремится к минимально возможной границе раздела: вода не «добровольно» принимает форму пластины, а образует капли.

Фаза и фазовая граница

Рис. 1: Направление межмолекулярных сил в фазе и на поверхности .

Внутри фазы силы действуют во всех пространственных направлениях между частицами, составляющими фазу ( сцепление ). Частицы могут быть молекулами, атомами металлов или ионами соли. Внутри фазы силы нейтрализуют друг друга. На границе раздела фаз это не так. Здесь отсутствуют соседи, принадлежащие к своей фазе.

В жидкой фазе воды (рис. 1) диполь-дипольные моменты действуют на молекулы во всех пространственных направлениях. На границе раздела фаз (краю капли) это не так. У молекулы воды на краю гораздо меньше соседей. Молекула воды, которая движется изнутри фазы к границе раздела фаз, должна обладать энергией для преодоления части диполь-дипольных моментов. Если он движется в другом направлении, высвобождается соответствующая энергия. Чтобы увеличить площадь границы раздела фаз, необходимо расходовать энергию, поскольку теперь требуется больше частиц для образования большей площади. Поэтому вода стремится к минимальной поверхности и образует капли.

Направление межфазного натяжения

Рис.2: Мыльный пузырь
Рис.3: Пузырьки пены между двумя стеклянными пластинами

В случае мыльного пузыря (рис. 2) фаза «пленка пузыря» ограничена с обеих сторон газовой фазой. Две границы раздела «пузырьковой оболочки» сжимают внутреннюю газовую фазу. Силы действуют в направлении расширения кожи мочевого пузыря. Это направление становится яснее, если посмотреть на рис. 3, на котором показано поперечное сечение пенопласта . Из-за направления межфазного натяжения «мембраны мочевого пузыря» имеют самые короткие соединительные линии (прямые линии).

Граница раздела жидкость-газ-стенка

Рис.4: Смачивание стены

Если граница раздела газ-жидкость касается твердой стенки, между стенкой и поверхностью жидкости устанавливается определенный угол. На рис. 4 показан этот угол смачивания для случая вертикальной стены, которая легко смачивается. Чем сильнее смачивание , тем меньше угол и выше поднимается верхний край жидкости. Такое поведение в узких трубках называется капиллярным эффектом. Степень смачивания зависит от типа жидкости, материала поверхности и ее природы, например. Б. их грубость .

Влияние

На величину межфазного натяжения могут влиять:

Термопластичные полимеры не смешиваются друг с другом в расплавленном состоянии. Компатибилизаторы снижают межфазное натяжение между фазами в сополимерах и уменьшают фазовое разделение и агломерацию различных молекул основного материала.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ a b Ральф-Дитер Майер, Михаэль Шиллер: Handbuch Kunststoff Additive. ISBN 978-3-446-43291-8 , стр. 21 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске книг Google).