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Grenz- und Oberflächen-PhänomeneAn der Oberfläche werden die Kräfte nicht von denumgebenden Molekülen kompensiert.
Es resultiert eine senkrecht zur Flüssigkeitsoberflächenach innen gerichtete Kraft => Oberflächenspannung.
Oberflächenmoleküle haben eine höhere Energie als dieMoleküle in Lösung.
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Grenz- und Oberflächen-Phänomene
Gasphase
Flüssigkeit
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Grenz- und Oberflächenspannung
Zur Erreichung des energetisch niedrigsten Zustandes wirddie Flüssigkeits-Oberfläche minimiert.
Die Grenzflächenspannung resultiert durch die nach innengerichtete Kraft. Sie bewirkt, dass die spezifischeOberfläche (Oberfläche/Volumen) minimal wird => Tropfenbildung=> Kugelform der Tröpfchen in der inneren Phase
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Versuch zur Oberflächenspannung
Reines Wasser trägt die Rasier-klinge (links). Erniedrigt man die Oberflächen-spannung durch Seifenzugabe, sinkt sie zu Boden (rechts).
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„Seifeneffekt“
Ruhende Seifenlauge:
Im Innern der Flüssigkeit befinden sich Wasser-moleküle und Mizellen.
An der Oberfläche der Lauge sind die Seifen-anionen mit ihren negativen Enden nach innen gerichtet.
Die Oberflächenspannung des Wassers ist herabgesetzt.
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Versuch zur Oberflächenspannung
Aufgrund der hohen Ober-flächenspannung des Wassers schwimmt die Textilfaser in reinem Wasser auf der Oberfläche (links).
Durch Zugabe von Seife wird die Oberflächenspannung erniedrigt, die Faser wird besser mit Wasser benetzt, sie saugt sich voll Wasser und sinkt.
•3
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Vergrösserung der Grenz- bzw. Oberfläche
Um die Grenzfläche zu vergrößern, muss die nach innengerichtete Kraft überwunden werden.
Bzw. es muss Energie aufgewandt werden, um Moleküle aus derPhase an die Grenzfläche zu bringen.
Zur Oberflächenvergrösserung muss Arbeit (∆W) aufgewendet werden.
∆W ist das Produkt aus Oberflächenspannung σ und ∆A.
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Oberflächenspannungstabelle
28,2 *10 -3 N/mBenzol
22,0 *10 -3 N/mEthanol
72,8 *10 -3 N/mWasser
500 *10 -3 N/mQuecksilber
bei 25°C
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Frage an alle
Wie misst man die Grenzflächenspannung ?
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Messung der Oberflächenspannung
Tensiometermethode
Kapillarsteigmethode
z.B. mit:
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Tensiometermethode
Interfacial Tensiometer (Le Comte du Noüy)
Kraftbestimmung mittels Verdrillung eines Torsionsdrahtes beim Herausziehen eines Platin-Iridium-Ringes definierter Dimension aus der Grenz- bzw. Oberflächenspannung
F
•4
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Formel zur Berechnung der Oberflächenspannung
Greift am Bügel die Kraft F an, so ist die Oberflächenspannung:
aF
sasF
AW
22=
∆∆
=∆∆
=σF
∆ s
F= Force=Kraft
a
Faktor 2 wegen Vorder- und Rückfläche der Lamelle20
Grenzflächenspannung bei zwei Flüssigkeiten A und B
Vermutung:Die Differenz der Grenzflächenspannung der Flüssigkeiten A und B.
Ruhende Seifenlauge: im Innern der Flüssigkeit befinden sich Wasser-moleküle und Mizellen. An der Oberfläche der Lauge sind die Seifen-anionen mit ihren negativen Enden nach innen gerichtet. Die Oberflächenspannung des Wassers ist herabgesetzt.
Einschub:
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Entstehung einer Seifenblase II
Wird ein Draht in die Seifenlauge getaucht und langsam herausgezogen so wölbt sich die Oberfläche nach außen. Es bildet sich eine Seifenlamelle, die zu einer Blase gepustet werden kann.
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Entstehung einer Seifenblase III
Die Seifenlamelle stellt einen "Wasser - Mizellenspeicher" dar. Dadurch kann sich eine Seifenblase ausdehnen und ihre Größe verändern.Die Seifenblasenhaut ist im Extremfall, d.h. kurz vor dem Zerplatzen, nur ein Molekül dick. Die Seifenanionen verhindern das Verlassen der Wassermoleküle aus der Außenschicht.