3.4 Oberflächenspannung
3.4.1 Grundlagen

Die Teilchen einer Flüssigkeit werden durch die zwischen ihnen wirkenden Kräfte zusammengehalten. Im Inneren der Flüssigkeit heben sich die zwischenmolekularen Kräfte gegenseitig auf. An den Phasengrenzflächen sind freie Kräfte vorhanden, die an der Grenzfläche gegen Luft besonders stark sind. Die Moleküle in der Oberfläche einer Flüssigkeit besitzen eine größere freie Energie als die Moleküle im Inneren. Soll die Oberfläche vergrößert werden, müssen Moleküle aus dem Inneren der Flüssigkeit in die Oberfläche gebracht werden. Dazu ist Arbeit aufzuwenden.

Diese Arbeit heißt Oberflächenspannung σ (Sigma). Sie ist für die einzelnen Flüssigkeiten unterschiedlich groß (spezifische Oberflächenspannung) und temperaturabhängig.

 

Die (spezifische) Oberflächenspannung σ ist der Quotient aus der Arbeit zur Bildung einer neuen Oberfläche und der Größe dieser Oberfläche.

 

Einheit der Oberflächenspannung:

Die Verminderung der Oberflächenspannung durch gelöste Verunreinigungen ist auf die zwischenmolekularen van-der-Waals-Kräfte zurückzuführen. Die Kräfte zwischen den Molekülen des Lösemittels und des gelösten Stoffes (="Verunreinigung") sind kleiner als die Kräfte zwischen den Molekülen des Lösemittels. Die Fremdmoleküle lassen sich mit einem geringeren Arbeitsaufwand in die Oberfläche bringen als die Moleküle des Lösemittels. Sie reichern sich daher in der Oberfläche an. Die Oberflächenspannung einer solchen Lösung ist deshalb kleiner als die des reinen Lösemittels.

Zur Herabsetzung der Oberflächenspannung von Wasser dienen z. B. Seife, Na2CO3, K2CO3, Cetylpyridiniumchlorid u. a. Letzteres verringert die Oberflächenspannung von Wasser bereits bei einem Massenverhältnis von 1:10-6 auf etwa 1/5 des normalen Wertes.