Что такое поверхностная энергия?

Внутри твердой массы молекулы окружены одинаковыми молекулами с одинаковыми измерениями энергии. Однако на поверхности твердого тела молекулы могут контактировать с воздухом, а иногда с жидкостями или другими массами с различными измерениями энергии. В результате измерения поверхностной энергии всегда отличаются от измерений в массе твердого тела.

Все три фазы - твёрдое, жидкое и воздушное - имеют измеряемую поверхностную энергию и поверхностное натяжение. Молекулы имеют как так называемые «адгезивные импульсы», так и «когезивные импульсы», которые определяют способы их взаимодействия с окружающими их молекулами. Адгезивные влечения стремятся связываться с другими типами молекул, в то время как вяжущие влечения стремятся связываться с подобными молекулами Если когезионные импульсы более заметны, молекулы жидкости будут только накапливаться на поверхности, поскольку они противостоят другим молекулам; обратное верно, если клейкие диски более заметны.

Измерения поверхностной энергии, поверхностного натяжения и поверхностного натяжения анализируют поведение смачивания между жидкостями и твердыми веществами, когда ученые проводят испытания термодинамических свойств твердых веществ. Когда молекулы жидкости на твердой поверхности сбиваются в когезию, ученые могут измерить угол контакта этих молекул на твердой поверхности. Это измерение угла контакта проводится с помощью инструмента, называемого гониометром, который определяет степень сцепления или адгезии в господстве. Две другие силы могут влиять на поверхностную энергию в этом случае. Если поверхность шероховатая или известная как гидрофобная, это приводит к тому, что жидкости образуют шарики под большими углами; наоборот, когда поверхность является гидрофильной, капля жидкости может растекаться, покрывая столько поверхности, сколько могут достигнуть молекулы жидкости.

Измерения поверхностной энергии обычно проводятся при очень высоких температурах, когда твердые вещества реагируют легкими движениями под воздействием тепла, но объем почти постоянен. Измерения поверхностной энергии жидкости выполняются с использованием так называемого «растяжения жидкой мембраны» площади поверхности. Один метод, называемый динамическим методом Вильгельми, включает погружение твердого вещества в жидкость, которая была предварительно измерена для определения поверхностного натяжения, а затем измерение смачивающих сил при высвобождении твердого вещества из жидкости. Другой метод, называемый методом угла контакта с порошком, используется, когда ученым необходимо знать уровни поглощения и поверхностные энергии пористых материалов и порошков.

Практическое применение этих измерений поверхностной энергии и процедур испытаний способствует разработке промышленных и потребительских товаров. Металлы, покрытые полимерами, полагаются на знания ученых по адгезии и когезии в отношении их прочности и долговечности. Измерения поверхностной энергии материалов проводятся для окислительных и химических соединений. В литографии чернила должны наноситься таким образом, чтобы области изображения поглощали чернила, а области без изображения оставались свободными от чернил; исследования поверхностной энергии усовершенствовали эти процессы.