Statische Oberflächenspannung

Die statische Oberflächenspannung (OFS) oder Grenzflächenspannung (GFS) ist der zeitunabhängige Wert der Oberflächenspannung im thermodynamischen Gleichgewicht, im Gegensatz zur dynamischen Oberflächenspannung, die auf ein bestimmtes Oberflächenalter bezogen ist.

Hintergrund

Tenside bewirken aufgrund ihrer Adsorption an der Ober- oder Grenzfläche eine Absenkung der OFS oder GFS. Nach einer bestimmten, vom System abhängigen Zeit stellt sich ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der Oberflächenkonzentration (Überschusskonzentration) des Tensids und der Konzentration in der Volumenphase ein. Die statische Oberflächenspannung ist der in diesem Zustand gemessene Wert.

Es besteht ein Unterschied zwischen der dynamischen OFS / GFS und dem Gleichgewichtswert einerseits und dynamischen und statischen Methoden anderseits. Bei einem dynamischen Tensiometer (z.B. Tropfenvolumen-Tensiometer oder Blasendrucktensiometer) verändert sich die Größe der Grenzfläche während der Messung. Trotzdem kann bei hinreichend langsamer Veränderung neben den zeitabhängigen Werten oft auch ein Gleichgewichtswert gemessen werden. Im Gegenzug kann auch bei statischen Methoden, bei denen sich die Grenzflächengröße nicht ändert (z.B. Wilhelmy-Plattenmethode), der zeitliche Verlauf der Einstellung des Gleichgewichts verfolgt werden.

Messmethoden

  • Plattenmethode nach Wilhelmy: Gemessen wird die auf eine optimal benetzbare, senkrecht in die Flüssigkeit eingetauchte Platte wirkende Kraft. Messgeräte: K100, K11, K20
  • Stabmethode: Wie Plattenmethode, wobei für die Messung mit kleinerem Flüssigkeitsvolumen ein zylindrischer Stab mit kleinerer benetzter Länge verwendet wird. Messgeräte: K100, K11
  • Ringmethode nach Du Noüy: Gemessen wird die an einem optimal benetzbaren Ring wirkende Kraft, die beim Herausziehen des Ringes durch die Spannung der herausgezogenen Flüssigkeitslamelle wirkt. Die Methode ist nur quasi-statisch, da nur bei genügend langsamer Dehnung der Lamelle ein Gleichgewichtswert gemessen wird. Messgeräte: K100, K11, K20, K6
  • Spinning-Drop-Methode: Eine waagerechte Kapillare, gefüllt mit einer umgebenden Phase und einer Tropfenphase, wird in Rotation versetzt. Der Durchmesser des durch die Fliehkraft in die Länge gezogenen Tropfens korreliert mit der Grenzflächenspannung. Messgeräte: SDT, SITE100
  • Methode des hängenden Tropfens (Pendant Drop): Die Form eines an einer Kanüle hängenden Tropfens wird durch die Oberflächenspannung und das Eigengewicht des Tropfens bestimmt. Aus dem Bild des Tropfens kann per Tropfenkonturanalyse die Oberflächenspannung ermittelt werden. Messgeräte: DSA100, DSA30, DSA25