Tension de surface

Le travail requis pour augmenter la taille de la surface d'une phase est appelé tension de surface. En tant que mesure du travail par unité de surface ou de la force par longueur mouillée, la tension de surface s'exprime en mN/m et est désignée par le symbole σ (sigma minuscule).

Si la phase est solide, le terme équivalent « énergie de surface » est généralement utilisé. Si la phase adjacente est un liquide ou un solide, on parle alors de tension interfaciale.

Données fondamentales

Comparé à la phase volumique, une molécule à la surface d'un liquide rencontre moins de molécules avec lesquelles des interactions se produire. La présence sur la surface est donc moins bénéfique du point de vue de l'énergie. Un liquide suppose donc la surface la plus petite possible sans l'action de la force externe. Le travail doit être effectué afin d'augmenter la taille de la surface.

Environnement moléculaire dans la phase volumique et sur l'interface

Dans le cas des liquides avec des molécules actives à la surface (tensioactifs), la tension de surface dépend du temps jusqu'à ce qu'un équilibre soit établi. À cet équilibre, la tension de surface mesurée est appelée tension de surface statique. Si, d'autre part, la valeur en fonction du temps est mesurée, on parle alors de tension de surface dynamique.

Rôle

La tension de surface détermine le comportement des liquides dans de nombreux processus et phénomènes :

  • Mouillage et mouillabilité. Le mouillage d'un solide par un liquide dépend, entre autres, de la tension de surface. Cela joue un rôle majeur dans le lavage et le nettoyage, et ainsi dans les processus de mouillage ainsi que l'impression et le revêtement.
  • Taille des gouttelettes : Avec un spray ou une émulsion, la surface totale des gouttelettes est plus importante que celle des plus petites gouttelettes individuelles. La taille des gouttelettes produites dépend donc la tension de surface.
  • Dispersions et dispersabilité : Les surfaces limites sont formées entre les particules de solides et le liquide pendant la dispersion. Une tension de surface élevée a un effet négatif sur la dispersabilité, car le contact entre des particules similaires est recommandé (formation de caillots).

Méthodes de mesure

  • Méthode de l'anneau selon Du Noüy : Cette méthode permet de mesurer la force agissant sur un anneau mouillable de manière optimale due à la tension de la lamelle de liquide retirée en enlevant l'anneau. Instruments : K100, K20, K6
  • Méthode de la plaque selon Wilhelmy : Cette méthode permet de mesurer la force agissant sur une plaque mouillable de manière optimale qui est immergée à la verticale dans le liquide. Instruments : K100, K20
  • Méthode de la tige : Comme la méthode de la plaque, où une tige cylindrique avec une plus petite longueur mouillée est utilisée pour la mesure avec un volume liquide plus petit. Instruments : K100
  • Méthode de la pression de bulle : La pression interne maximale d'une bulle de gaz qui est formée dans un liquide au moyen d'un capillaire est mesurée. Instruments : BP100, BPT Mobile
  • Méthode du volume de goutte : Le volume d'une goutte de liquide produit sur un capillaire vertical est mesuré au moment de son détachement. Cette méthode est principalement utilisée pour mesurer la tension interfaciale. Instrument : DVT50
  • Méthode de la goutte pendante : Le profil d'une goutte suspendue à une aiguille est déterminé à partir de la tension de surface et du poids de la goutte. La tension de surface peut être déterminée à partir de l'image de la goutte à l'aide de l'analyse de profil de goutte. Instruments : DSA100, DSA30, DSA25