أهمية وخلفية وطرق اختبار التوتر السطحي
بالمعنى الواسع، يتم تعريف التوتر السطحي على أنه القوة التي يجب إنفاقها لزيادة حجم السطح البيني بين مرحلتين متجاورتين غير مختلطتين بالكامل. بالمعنى الضيق، يتعلق المصطلح بحدود الطور السائل/السائل والسائل/الصلب، بينما بالنسبة للواجهات السائلة/الغازية نشير إلى التوتر السطحي وبالنسبة للواجهات الصلبة/الغازية نشير إلى الطاقة الحرة للسطح الصلب.
خلفية
كمقياس للشغل لكل وحدة مساحة أو القوة لكل طول مبلل، فإن التوتر السطحي له وحدات N/m أو mN/m ويتم تمثيله بالرموز σ أو .
عند حدود الطور، يكون مجموع التفاعلات مع الجزيئات في نفس الطور أكبر من مجموع التفاعلات مع الجزيئات في الطور الآخر. ولذلك، فإن الجزيئات الموجودة في الواجهة لديها عدد أقل من شركاء التفاعل الجذابين مقارنة بالمرحلة السائبة. ولذلك، فإن المراحل تشكل أصغر واجهة ممكنة دون عمل قوى خارجية. يجب القيام بشيء ما لزيادة حجم الواجهة.
إن التوتر السطحي الناتج عن الامتزاز الاتجاهي للمواد الخافضة للتوتر السطحي عند السطح البيني لسائلين غير قابلين للامتزاج أقل بكثير من التوتر السطحي للسائلين. تتكون الأنظمة التي تظهر توترًا سطحيًا عادةً من الماء أو الزيت أو المواد الخافضة للتوتر السطحي أو مخاليط وأملاح المواد الخافضة للتوتر السطحي. عادة، تسمى قيمة التوتر السطحي 10-2~10-1mN/m بالتوتر السطحي المنخفض. تسمى قيمة التوتر السطحي الأقل من 10-3 mN/m بالتوتر السطحي المنخفض للغاية.
المرحلة السائبة والبيئة الجزيئية في الواجهات
كما هو الحال مع التوتر السطحي، هناك فرق بين التوتر السطحي الساكن (الذي يتم قياسه عند التوازن في سطح بيني غير متغير ميكانيكيًا) والتوتر السطحي الديناميكي (يقاس عندما يتغير السطح البيني).
دلالة
يلعب التوتر السطحي دورًا مهمًا في العديد من العمليات والظواهر حيث تتلامس المراحل المختلفة مع بعضها البعض:
المستحلبات والاستحلاب: يؤثر التوتر السطحي على الاستحلاب والميل إلى انفصال الطور.
إزاحة النفط (مثل إنتاج النفط الخام الثلاثي): يمكن إزاحة الطور العضوي بعد إزاحة الزيت بالماء إذا تم تقليل التوتر السطحي بواسطة المواد الخافضة للتوتر السطحي.
اختبار جودة السوائل الكارهة للماء: غالبًا ما يرتبط تقادم السوائل الكارهة للماء ارتباطًا وثيقًا بانخفاض التوتر السطحي مع الماء. يعد قياس التوتر السطحي بمثابة اختبار جودة مهم في هذه الحالة، على سبيل المثال زيوت المحولات.
في حالة حدود الطور الصلب والسائل، يؤثر التوتر السطحي على الاستقرار طويل المدى للاتصالات السطحية، على سبيل المثال أثناء عمليات الإلتصاق والطلاء.
طريقة القياس
واجهة السائل السائل:
طريقة الحلقة وفقًا لـ Du Noüy: في هذه الطريقة يتم قياس القوة المؤثرة على حلقة مبللة بسبب شد طبقة رقيقة من السائل المسحوبة عند نقل الحلقة من مرحلة إلى أخرى.
طريقة اللوح حسب فيلهلمي: في هذه الطريقة يتم قياس القوى المؤثرة على لوح قابل للبلل مغمور رأسياً في الطور السفلي.
طريقة القضيب: نفس طريقة اللوحة، ولكنها تستخدم قضيبًا أسطوانيًا بطول مبلل أصغر لقياس كميات سائلة أصغر.
طريقة حجم القطرة: تقيس حجم قطرة السائل عندما تنفصل عن سائل آخر في أنبوب شعري عمودي.
طريقة إسقاط الغزل: يتم ضبط الشعيرات الدموية الأفقية المملوءة بمرحلة السائبة ومرحلة القطرات على الدوران. ويرتبط قطر القطرة، الممدود بقوة الطرد المركزي، بالتوتر السطحي.
طريقة إسقاط القلادة: في الطور السائل السائب، يتم تحديد شكل القطرة على الإبرة من خلال عوامل مثل التوتر السطحي. يمكن تحديد التوتر السطحي من الصورة المسقطة باستخدام تحليل شكل القطرة.
واجهة السائل والصلبة:
قياس زاوية التلامس: بالإضافة إلى الطاقة الحرة السطحية، يمكن أيضًا حساب التوتر السطحي للمادة الصلبة مع سائل معين من زوايا التلامس للسوائل المختلفة مع المادة الصلبة.
سلسلة اختبار التوتر السطحي الأوتوماتيكي FT-ZL
إذا كنت مهتما، فلا تتردد في الاتصال بنا
