Công cần thiết để tăng kích thước bề mặt của một pha được gọi là sức căng bề mặt. Là thước đo công trên một đơn vị diện tích hoặc lực trên một chiều dài ướt, sức căng bề mặt có đơn vị mN/m và được ký hiệu bằng ký hiệu σ (sigma).
Nếu pha ở thể rắn, thì thường sử dụng thuật ngữ tương đương năng lượng bề mặt tự do. Nếu pha liền kề là chất lỏng hoặc chất rắn, thì tham chiếu đến sức căng bề mặt.
Tổng quan
So với pha thể tích, một phân tử ở bề mặt chất lỏng gặp ít phân tử hơn mà nó có thể tạo thành tương tác. Do đó, sự hiện diện ở bề mặt ít có lợi hơn theo quan điểm năng lượng. Do đó, chất lỏng có diện tích bề mặt nhỏ nhất có thể mà không có tác động của lực bên ngoài. Công phải được thực hiện để tăng diện tích bề mặt.
Trong trường hợp chất lỏng có các phân tử hoạt động bề mặt (chất hoạt động bề mặt), sức căng bề mặt phụ thuộc vào thời gian cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng. Ở trạng thái cân bằng này, sức căng bề mặt đo được được gọi là sức căng bề mặt tĩnh. Mặt khác, nếu giá trị phụ thuộc vào thời gian được đo, thì đây là sức căng bề mặt động.
Ý nghĩa
Sức căng bề mặt quyết định hành vi của chất lỏng trong một số quá trình và hiện tượng:
- Làm ướt và khả năng thấm ướt: Làm ướt một chất rắn bằng chất lỏng phụ thuộc vào sức căng bề mặt, trong số những thứ khác. Điều này đóng vai trò chính trong việc làm sạch, và cũng trong các quá trình làm ướt như in và phủ.
- Kích thước giọt: Với dạng phun hoặc nhũ tương, tổng diện tích bề mặt của các giọt càng lớn thì các giọt riêng lẻ càng nhỏ. Do đó, kích thước của các giọt được tạo ra phụ thuộc vào sức căng bề mặt.
- Phân tán và khả năng phân tán: Các bề mặt phân cách được hình thành giữa các hạt rắn và chất lỏng trong quá trình phân tán. Sức căng bề mặt cao có tác động tiêu cực đến khả năng phân tán, vì các hạt tương tự có xu hướng kết tụ với nhau.
Phương pháp đo sức căng bề mặt
- Phương pháp vòng Du Nouy: Lực tác dụng lên vòng có khả năng thấm ướt tối ưu do lực căng của phiến chất lỏng được rút ra khi tháo vòng ra được đo bằng phương pháp này.
- Phương pháp tấm Wilhelmy: Lực tác dụng lên một tấm có khả năng thấm ướt tối ưu được nhúng thẳng đứng trong chất lỏng được đo bằng phương pháp này.
- Phương pháp thanh trụ: Là phương pháp tấm, trong đó thanh hình trụ có chiều dài khi ướt nhỏ hơn được sử dụng để đo thể tích chất lỏng nhỏ hơn.
- Phương pháp áp suất bọt: Đo áp suất bên trong tối đa của bọt khí hình thành trong chất lỏng thông qua mao dẫn.
- Phương pháp thể tích giọt: Thể tích của một giọt chất lỏng tạo ra tại mao quản thẳng đứng được đo tại thời điểm tách ra. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để đo sức căng bề mặt.
- Phương pháp giọt pêđan: Hình dạng của giọt nước treo trên kim được xác định từ sức căng bề mặt và trọng lượng của giọt nước. Sức căng bề mặt có thể được xác định từ hình ảnh của giọt nước bằng cách sử dụng phân tích hình dạng giọt nước.
EN