Oberflächenspannung

Oberflächenspannung (Symbol γ) ist die Kraft pro Längeneinheit, die entlang einer Flüssigkeitsoberfläche wirkt und darauf abzielt, die Oberfläche zu verkleinern. Sie kann auch als Arbeit interpretiert werden, die nötig ist, um die Oberfläche zu vergrößern. Die Einheit ist Newton pro Meter (N/m).

Ursache ist der Unterschied in intermolekularen Anziehungskräften an der Grenzfläche zur Luft oder zu einer anderen Phase. Moleküle an der Oberfläche erfahren weniger Bindung als im Volumen, wodurch die Oberfläche wie eine gespannte Membran wirkt. Die Oberflächenspannung ist temperaturabhängig und von der Reinheit der Flüssigkeit sowie von gelösten Substanzen beeinflusst. Zwischen zwei Flüssigkeiten entsteht zudem eine Interfacial- oder Grenzflächenspannung γ12.

Messmethoden umfassen die Wilhelmy-Platten- und die Du Noüy-Ring-Methode sowie Verfahren wie Pendant-Drop- oder Kapillarmessungen. Diese Strategien liefern Werte für γ oder γ12 in Abhängigkeit von Temperatur, Reinheit und Zusammensetzung der Flüssigkeit.

Abhängigkeiten und Anwendungen: Die Oberflächenspannung nimmt mit steigender Temperatur ab. Tenside oder andere oberflächenaktive Substanzen senken γ erheblich und verändern damit Benetzung, Tropfenbildung, Emulsionsstabilität und Kapillaraufstieg. Praktische Anwendungen finden sich in Reinigungs- und Beschichtungstechniken, der Analyse von Benetzungs-/Kapillarphänomenen sowie in der Herstellung von Tropfen, Emulsionen und Beschichtungen. Beim Kapillaraufstieg gilt gemäß Jurin-Gesetz eine Abhängigkeit von γ, Randwinkel, Dichte, Gravitation und Radius der Kapillare.