- Définition
- Définition basée sur le travail et l'énergie
- Équation et unités de tension interfaciale
- Mesure de la tension interfaciale
- Méthode de la plaque Wilhelmy
- Méthode de la bague Du Nouy
- Méthode de pendentif goutte
- Méthode de chute rotative
- Références
La tension interfaciale (γ) est la force nette par unité de longueur exercée sur la surface de contact entre une phase (solide ou liquide) et une autre (solide, liquide ou gazeuse). La force nette est verticale à la surface de contact et est dirigée vers l'intérieur des phases.
Lorsqu'une des phases est un gaz, on l'appelle généralement tension superficielle. Les phases en contact sont immiscibles, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent pas se dissoudre ensemble pour former une solution. La région de contact entre les phases est une surface géométrique de séparation appelée interface. La tension interfaciale est due aux forces intermoléculaires présentes à l'interface.
Forces entre molécules d'un liquide en contact avec l'air
La tension interfaciale joue un rôle important dans de nombreux phénomènes et processus interfaciaux tels que la production d'émulsion et la production d'huile.
Définition
Les propriétés de l'interface ne sont pas les mêmes que les propriétés à l'intérieur des phases en contact, car différentes interactions moléculaires se manifestent car dans cette région il y a des molécules qui appartiennent à la fois à une phase et à l'autre.
Les molécules d'une phase interagissent avec les molécules voisines, qui ont des propriétés similaires. Par conséquent, la force intérieure nette est nulle car les interactions attractives et répulsives sont les mêmes dans toutes les directions possibles.
Les molécules qui se trouvent à la surface entre les deux phases sont entourées de molécules de la même phase mais aussi de molécules voisines de l'autre phase.
Dans ce cas, la force nette n'est pas nulle et elle est dirigée vers l'intérieur de la phase dans laquelle il y a plus d'interaction. Le résultat est que l'état énergétique des molécules à la surface est supérieur à l'état énergétique dans la phase.
La force nette agissant vers l'intérieur par unité de longueur le long de l'interface est la tension interfaciale. En raison de cette force, les molécules ont spontanément tendance à minimiser l'énergie, minimisant la surface pour chaque unité de volume.
Définition basée sur le travail et l'énergie
Pour attirer une molécule de l'intérieur vers la surface, il est nécessaire que les forces agissant sur la molécule dépassent la force nette. En d'autres termes, des travaux sont nécessaires pour augmenter la surface interfaciale.
Force nécessaire pour augmenter la région interfaciale. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)
Plus la force intermoléculaire nette est grande, plus le travail à effectuer est important et plus l'apport d'énergie est important. Pour cette raison, la tension interfaciale est également définie en fonction du travail ou en fonction de l'énergie, comme mentionné ci-dessous:
La tension interfaciale est le travail nécessaire pour créer une zone unitaire à l'interface. De même, la tension interfaciale est définie comme l'énergie libre requise par unité de surface créée.
Équation et unités de tension interfaciale
L'équation de la tension interfaciale en fonction de la force intermoléculaire nette est:
γ = F / 2l
La raison pour laquelle la tension interfaciale diminue est que lorsque la température augmente, l'énergie cinétique augmente en raison de l'augmentation du mouvement thermique des molécules.
Mesure de la tension interfaciale
Il existe différentes méthodes de mesure expérimentale de la tension interfaciale, parmi lesquelles les plus adaptées peuvent être choisies en fonction des propriétés caractéristiques des phases en contact et des conditions expérimentales.
Ces méthodes incluent la méthode de la plaque Wilhelmy, la méthode de l'anneau Du Nouy, la méthode de la goutte pendant et la méthode de la goutte rotative.
Méthode de la plaque Wilhelmy
Il consiste à mesurer la force descendante exercée par la surface d'une phase liquide sur une plaque d'aluminium ou de verre. La force nette exercée sur la plaque est égale au poids plus la force de traction. Le poids de la plaque est obtenu par une microbalance sensible à la torsion fixée à la plaque par un dispositif.
Méthode de la bague Du Nouy
Dans ce procédé, la force pour séparer la surface d'un anneau métallique d'une surface liquide est mesurée en s'assurant qu'avant la mesure, l'anneau est complètement immergé dans le liquide. La force de séparation est égale à la tension interfaciale et est mesurée à l'aide d'une balance de haute précision.
Méthode de pendentif goutte
Cette méthode est basée sur la mesure de la déformation d'une goutte suspendue à un capillaire. La goutte est maintenue en équilibre pendant qu'elle est suspendue car la force de traction est égale au poids de la goutte.
L'allongement de la goutte est proportionnel au poids de la goutte. La méthode est basée sur la détermination de la longueur d'allongement de la goutte en raison de son poids.
Méthode de pendentif goutte
Méthode de chute rotative
La méthode de la goutte rotative est très utile pour mesurer les très faibles tensions interfaciales appliquées au processus de production d'émulsion et de microémulsion.
Il consiste à placer une goutte d'un liquide moins dense à l'intérieur d'un tube capillaire rempli d'un autre liquide. La goutte est soumise à une force centrifuge due à un mouvement de rotation, à grande vitesse, qui allonge la goutte sur l'axe et s'oppose à la force de traction.
La tension interfaciale est obtenue à partir des dimensions de la forme géométrique de la goutte en cours de déformation et de la vitesse de rotation.
Références
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- Adamson, AW et Gast, A P. Chimie physique des surfaces. États-Unis: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
- Blunt, M J. Flux multiphase dans des milieux perméables: une perspective à l'échelle des pores Cambridge, Royaume-Uni: Cambridge University Press, 2017.