INTERFASFREKVENCES: DEFINĪCIJA, VIENĀDOJUMS, VIENĪBAS UN MĒRĪJUMI - FIZISKĀ - 2025

Starpfāžu spriegums (γ) ir tīrā spēks uz garuma vienību, kas iedarbojas uz saskares virsmas starp stadiju (ciets vai šķidrs) un citu (cietā, šķidrā vai gāzveida). Tīkla spēks ir vertikāli pret saskares virsmu un ir vērsts uz fāžu iekšpusi.

Ja viena no fāzēm ir gāze, to parasti sauc par virsmas spraigumu. Saskares fāzes nav sajaucamas, tas ir, tās nevar izšķīst kopā, veidojot šķīdumu. Fāžu saskares reģions ir ģeometriska atdalīšanas virsma, ko sauc par saskarni. Starpfāzu sasprindzinājums ir saistīts ar starpmolekulārajiem spēkiem, kas atrodas saskarnē.

Spēki starp šķidruma molekulām, kas nonāk saskarē ar gaisu

Starpfāzu spriedzei ir liela nozīme daudzās saskarsmes parādībās un procesos, piemēram, emulsiju ražošanā un eļļas ražošanā.

Definīcija

Saskarnes īpašības nav vienādas ar īpašībām saskarē esošo fāžu iekšienē sakarā ar to, ka izpaužas atšķirīga molekulārā mijiedarbība, jo šajā reģionā ir molekulas, kas pieder gan vienai, gan otrai fāzei.

Fāzes molekulas mijiedarbojas ar kaimiņu molekulām, kurām ir līdzīgas īpašības. Līdz ar to neto iekšējais spēks ir nulle, jo pievilcīgā un atbaidošā mijiedarbība visos iespējamajos virzienos ir vienāda.

Molekulu, kas atrodas uz virsmas starp abām fāzēm, ieskauj molekulas no vienas un tās pašas fāzes, bet arī blakus esošās molekulas no otras fāzes.

Šajā gadījumā neto spēks nav nulle, un tas ir vērsts uz fāzes iekšpusi, kurā notiek lielāka mijiedarbība. Rezultātā molekulu enerģijas stāvoklis uz virsmas ir lielāks par enerģijas stāvokli fāzē.

Tīkla spēks, kas iedarbojas uz iekšu garuma vienību gar interfeisu, ir interfeisa spraigums. Šī spēka dēļ molekulām spontāni ir tendence samazināt enerģiju, samazinot katras tilpuma vienības virsmas laukumu.

Definīcija, kas balstīta uz darbu un enerģiju

Lai piesaistītu molekulu no iekšpuses uz virsmu, ir nepieciešams, lai spēki, kas iedarbojas uz molekulu, pārsniegtu tīro spēku. Citiem vārdiem sakot, ir nepieciešams darbs, lai palielinātu interfeisa virsmu.

Spēks, kas nepieciešams, lai palielinātu saskarsmes reģionu. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)

Jo lielāks ir neto starpmolekulārais spēks, jo lielāks ir darāmais darbs un jo lielāka enerģijas ievade. Šī iemesla dēļ saskares saskarni definē arī kā darba funkciju vai kā enerģijas funkciju, kā minēts turpmāk:

Starpfasāžu sasprindzinājums ir darbs, kas nepieciešams vienības laukuma izveidošanai saskarnē. Tāpat saskarnes sasprindzinājums tiek definēts kā brīvā enerģija, kas nepieciešama uz izveidoto laukuma vienību.

Interfasfāzes spriedzes vienādojums un vienības

Interfasfāzes spriedzes vienādojums kā funkcionālā starpmolekulārā spēka funkcija ir:

γ = F / 2l

Iemesls, kāpēc starpfāzu spriedze samazinās, ir tāds, ka, paaugstinoties temperatūrai, kinētiskā enerģija palielinās molekulu termiskās kustības palielināšanās dēļ.

Interfasfāzes spriedzes mērīšana

Ir dažādas saskarnes sasprindzinājuma eksperimentālā mērīšanas metodes, no kurām vispiemērotākās var izvēlēties atbilstoši kontaktu fāžu raksturīgajām īpašībām un eksperimentālajiem apstākļiem.

Šīs metodes ietver Vilhelmija plāksnes metodi, Du Nouy gredzena metodi, kulona kritiena metodi un rotējošās kritiena metodi.

Vilhelmija plāksnes metode

Tas sastāv no lejupvērsta spēka mērīšanas, ko uz alumīnija vai stikla plāksnes iedarbojas šķidras fāzes virsma. Tīkla spēks, kas pielikts plāksnei, ir vienāds ar svaru plus stiepes spēku. Plāksnes svaru iegūst ar vērpšanai jutīgu mikrobalansu, ko ierīce piestiprina plāksnei.

Du Nouy gredzena metode

Šajā metodē mēra spēku, kas atdala metāla gredzena virsmu no šķidruma virsmas, nodrošinot, ka pirms mērīšanas gredzens ir pilnībā iegremdēts šķidrumā. Atdalīšanas spēks ir vienāds ar saskarnes sasprindzinājumu un mēra, izmantojot augstas precizitātes līdzsvaru.

Pilināšanas kulona metode

Šīs metodes pamatā ir piliena, kas karājas no kapilāra, deformācijas mērīšana. Piliens tiek turēts līdzsvarā, kamēr tas karājas, jo stiepes spēks ir vienāds ar kritiena svaru.

Piliena pagarinājums ir proporcionāls piliena svaram. Metodes pamatā ir kritiena pagarinājuma garuma noteikšana tā svara dēļ.

Pilināšanas kulona metode

Rotējoša kritiena metode

Rotējošā kritiena metode ir ļoti noderīga, lai izmērītu ļoti mazu saskarņu spriedzi, kas tiek pielietota emulsijas un mikroemulsijas ražošanas procesā.

Tas sastāv no mazāk blīva šķidruma piliena ievietošanas kapilārā caurulē, kas piepildīta ar citu šķidrumu. Kritiens tiek pakļauts centrbēdzes spēkam rotējošas kustības dēļ ar lielu ātrumu, kas pagarina kritienu uz asi un pretojas spriegošanas spēkam.

Saskarnes sasprindzinājumu iegūst no deformēta kritiena ģeometriskās formas izmēriem un griešanās ātruma.

Atsauces

1. Tadros, T F. Lietotās virsmaktīvās vielas. Berkshire, UK: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005. gads.
2. van Oss, C J. Starpfāzu spēki ūdens vidē. Florida, ASV: Taylor & Francis grupa, 2006.
3. Attēlā, L un Teixeira, A A. Pārtikas fizika: Fizikālās īpašības - mērīšana un pielietojums. Vācija: Springer, 2007.
4. Antons de Salagers, R E. Saskarņu spriedze. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005. gads.
5. Speight, J G. Naftas produktu analīzes rokasgrāmata. Ņūdžersija, ASV: Džons Vailijs un dēli, 2015. gads.
6. Ādamsons, AW un Gast, A P. Virsmu fizikālā ķīmija. ASV: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
7. Blunt, M J. Daudzfāzu plūsma caurlaidīgā vidē: pora skalas perspektīva. Kembridža, Lielbritānija: Cambridge University Press, 2017.