pintaenergiasta

Pintaenergia, tai pinta-energia, on termodynaaminen suure, joka määrittelee energian määrän, joka tarvittaisiin luomaan uusi pinta-ala yhdelle neliömetrille järjestelmässä. Se kuvaa energian muutosta, kun pinta-alaa lisätään, ja on keskeinen käsite sekä nesteissä että kiinteissä aineissa. Pintaenergia riippuu pinnan kemiallisesta koostumuksesta, puhtaudesta sekä olosuhteista kuten lämpötilasta.

Nesteissä pintaenergia liittyy pintajännitykseen, jonka yksikkö on newtonia per metri (N/m). Kun pinta-alaa lisätään ΔA, työ kasvaa arvoin W = γ ΔA, missä γ on pintajännitys. Siten pintaenergia ja pintajännitys ovat käytännössä saman suuruisia ilmaisutapoja: J/m^2 vs N/m. Kiinteissä aineissa pintaenergia kuvaa energian määrää, joka vaaditaan uuden kiinteän pinnan muodostamisesta, ja se riippuu pinnan molekyylisestä koostumuksesta, kemiallisista sidoksista sekä pinnan rakenteesta ja puhtaudesta sekä lämpötilasta.

Pintaenergia vaikuttaa wettabiliteettiin, adheesioon, pinnoitteiden kestävyyteen sekä nanostruktuurien suunnitteluun ja katalyyttien valmistukseen. Se on tärkeä huomio pintakimiaa ja materiaalitekniikkaa käsittelevissä sovelluksissa.

Mittaaminen ja arviointi: pintaenergiaa voidaan arvioida kokeellisesti useilla tavoilla. Yleisimmät menetelmät ovat pintajännityksen mittaukset (esimerkiksi Wilhelmy-tensiometri tai sessiile Drop -menetelmä) sekä kosketuskulman mittaukset. Arvot voidaan laskea tai arvioida käyttämällä kosketusvuorovaikutusmenetelmiä kuten Owens–Wendt, Fowkes tai Wu -malleja, jotka yhdistävät pintakoskut ja vuorovaikutukset.

Esimerkki: veden ja ilman välisen pintaenergian arvo on noin 72–73 mN/m (20 °C), mikä vastaa noin 0,072–0,073 J/m^2 pintajännitysenergiaa.