Co to jest energia powierzchniowa?
W masie stałej cząsteczki są otoczone identycznymi cząsteczkami o podobnych pomiarach energii. Jednak na powierzchni ciała stałego cząsteczki prawdopodobnie mają kontakt z powietrzem, a czasem cieczami lub innymi masami o różnych pomiarach energii. W rezultacie pomiary energii powierzchniowej zawsze różnią się od pomiarów występujących w masie ciała stałego.
Wszystkie trzy fazy - ciało stałe, ciecz i powietrze - mają mierzalne energie powierzchniowe i napięcia powierzchniowe. Cząsteczki mają zarówno tak zwane „napędy adhezyjne”, jak i „napędy kohezyjne”, które rządzą sposobami interakcji z otaczającymi je cząsteczkami. Napędy klejowe próbują wiązać się z innymi rodzajami cząsteczek, podczas gdy napędy klejowe próbują wiązać się z podobnymi cząsteczkami. Jeśli napędy kohezyjne są bardziej widoczne, cząsteczki cieczy będą gromadzić się na powierzchni, ponieważ są odporne na inne cząsteczki; jest odwrotnie, jeśli napędy klejowe są bardziej widoczne.
Pomiary energii powierzchniowej, napięcia powierzchniowego i napięcia powierzchniowego analizują zwilżanie cieczy i ciał stałych, gdy naukowcy testują właściwości termodynamiczne ciał stałych. Kiedy cząsteczki cieczy na stałej powierzchni łączą się ze sobą w spójność, naukowcy mogą zmierzyć kąt zwilżania tych cząsteczek na stałej powierzchni. Ten pomiar kąta zwilżania jest wykonywany za pomocą przyrządu zwanego goniometrem, który określa, w jakim stopniu kohezja lub przyczepność występują w przewadze. W tym przypadku dwie inne siły mogą wpływać na energię powierzchniową. Jeśli powierzchnia jest chropowata lub znana jako hydrofobowa, powoduje to zlepianie się cieczy pod wyższymi kątami; i odwrotnie, gdy powierzchnia jest hydrofilowa, kropla cieczy może rozprzestrzeniać się, pokrywając tyle powierzchni, ile może osiągnąć cząsteczki cieczy.
Pomiary energii powierzchniowej są zwykle wykonywane w ekstremalnie wysokich temperaturach, gdy ciała stałe reagują niewielkimi ruchami pod wpływem ciepła, ale objętość jest prawie stała. Pomiary energii powierzchniowej cieczy są wykonywane przy użyciu tak zwanego „rozciągnięcia błony płynnej” powierzchni. Jedna metoda, zwana dynamiczną metodą Wilhelmy'ego, polega na zanurzeniu ciała stałego w cieczy, która była wcześniej mierzona dla napięcia powierzchniowego, a następnie mierzeniu sił zwilżania, gdy ciało stałe jest uwalniane z cieczy. Inna metoda, zwana Powder Contact Angle Method, jest stosowana, gdy naukowcy muszą znać poziomy absorpcji i energie powierzchniowe porowatych materiałów i proszków.
Praktyczne zastosowania tych pomiarów energii powierzchniowej i procedur testowych są korzystne dla rozwoju produktów przemysłowych i konsumenckich. Metale powlekane polimerami polegają na wiedzy naukowców na temat przyczepności i kohezji ze względu na ich wytrzymałość i trwałość. Pomiary energii powierzchniowej materiałów są przeprowadzane w aplikacjach utleniania i wiązania chemicznego. W litografii atramenty muszą być nakładane w taki sposób, aby obszary obrazu mogły wchłonąć atramenty, a obszary inne niż obrazy pozostały wolne od atramentów; badania energii powierzchniowej dopracowały te procesy.