KETEGANGAN ANTAR MUKA: DEFINISI, PERSAMAAN, SATUAN DAN PENGUKURAN - FISIK - 2025

The tegangan antar muka (γ) adalah gaya total per satuan panjang diberikan pada permukaan kontak antara fase (padat atau cair) dan lainnya (padat, cair atau gas). Gaya total vertikal ke permukaan kontak dan diarahkan ke bagian dalam fasa.

Jika salah satu fasa adalah gas, biasanya disebut tegangan permukaan. Fase-fase dalam kontak tidak dapat bercampur, artinya, mereka tidak dapat larut bersama untuk membentuk suatu larutan. Daerah kontak antar fase adalah permukaan geometris pemisah yang disebut antarmuka. Ketegangan antar muka disebabkan oleh gaya antarmolekul yang ada di antarmuka.

Gaya antar molekul cairan yang bersentuhan dengan udara

Ketegangan antar muka memainkan peran penting dalam banyak fenomena dan proses antar muka seperti produksi emulsi dan produksi minyak.

Definisi

Properti antarmuka tidak sama dengan properti di dalam fase kontak, karena interaksi molekuler yang berbeda terwujud karena di wilayah tersebut terdapat molekul yang termasuk dalam satu fase dan fase lainnya.

Molekul dalam satu fase berinteraksi dengan molekul tetangga, yang memiliki sifat serupa. Akibatnya, gaya total internal adalah nol karena interaksi atraktif dan tolak sama di semua arah yang memungkinkan.

Molekul yang berada di permukaan antara dua fase dikelilingi oleh molekul dari fase yang sama tetapi juga oleh molekul tetangga dari fase lainnya.

Dalam hal ini, gaya totalnya bukan nol, dan diarahkan ke bagian dalam fase di mana terdapat interaksi yang lebih besar. Hasilnya adalah keadaan energi molekul di permukaan lebih besar daripada keadaan energi dalam fase.

Gaya total yang bekerja ke dalam per satuan panjang sepanjang antarmuka adalah tegangan antarmuka. Karena gaya ini, molekul secara spontan cenderung meminimalkan energi, meminimalkan luas permukaan untuk setiap unit volume.

Definisi berdasarkan kerja dan energi

Untuk menarik molekul dari dalam ke permukaan, gaya yang bekerja pada molekul harus melebihi gaya total. Dengan kata lain, pekerjaan dibutuhkan untuk meningkatkan permukaan antarmuka.

Kekuatan yang diperlukan untuk meningkatkan wilayah antarmuka. (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surface_growing.png)

Semakin besar gaya antarmolekul total, semakin besar pekerjaan yang harus dilakukan dan semakin besar masukan energinya. Oleh karena itu, tegangan antar muka juga diartikan sebagai fungsi kerja atau fungsi energi, seperti yang disebutkan di bawah ini:

Ketegangan antar muka adalah pekerjaan yang diperlukan untuk membuat area satuan pada antarmuka. Demikian juga, tegangan antarmuka didefinisikan sebagai energi bebas yang dibutuhkan per satuan luas yang dibuat.

Persamaan dan satuan tegangan antarmuka

Persamaan tegangan antarmuka sebagai fungsi dari gaya antarmolekul bersih adalah:

γ = F / 2l

Alasan mengapa tegangan antarmuka menurun adalah karena suhu meningkat, energi kinetik meningkat karena peningkatan pergerakan termal molekul.

Pengukuran tegangan antarmuka

Terdapat berbagai metode pengukuran eksperimental untuk tegangan antarmuka, di antaranya yang paling sesuai dapat dipilih sesuai dengan sifat karakteristik fasa dalam kontak dan kondisi eksperimental.

Metode tersebut meliputi metode pelat Wilhelmy, metode cincin Du Nouy, ​​metode jatuhkan liontin, dan metode jatuhkan berputar.

Metode pelat Wilhelmy

Ini terdiri dari mengukur gaya ke bawah yang diberikan oleh permukaan fase cair pada pelat aluminium atau kaca. Gaya total yang diberikan pada pelat sama dengan berat ditambah gaya tarik. Bobot pelat diperoleh dari timbangan mikro peka torsi yang dipasang pada pelat oleh perangkat.

Metode cincin Du Nouy

Dalam metode ini, gaya untuk memisahkan permukaan cincin logam dari permukaan cairan diukur untuk memastikan bahwa sebelum pengukuran, cincin benar-benar terendam dalam cairan. Gaya pemisahan sama dengan tegangan antarmuka dan diukur menggunakan keseimbangan presisi tinggi.

Jatuhkan metode liontin

Metode ini didasarkan pada pengukuran deformasi tetesan yang tergantung dari kapiler. Penurunan dijaga keseimbangan saat digantung karena gaya tarik sama dengan berat penurunan.

Perpanjangan drop sebanding dengan berat drop. Metode ini didasarkan pada penentuan panjang elongasi drop karena beratnya.

Jatuhkan metode liontin

Metode jatuhkan berputar

Metode rotating drop sangat berguna untuk mengukur tegangan antarmuka yang sangat rendah yang diterapkan pada proses produksi emulsi dan mikroemulsi.

Ini terdiri dari menempatkan setetes cairan yang kurang padat di dalam tabung kapiler yang diisi dengan cairan lain. Jatuh dikenakan gaya sentrifugal karena gerakan berputar, dengan kecepatan tinggi, yang memperpanjang penurunan pada sumbu dan melawan gaya tarik.

Tegangan antarmuka diperoleh dari dimensi bentuk geometris tetesan, deformasi, dan kecepatan putaran.

Referensi

1. Tadros, T F. Surfaktan Terapan. Berkshire, Inggris: Wiley-VCH Verlag Gmbh & Co, 2005.
2. van Oss, C J. Interfacial Forces di Aqueous Media. Florida, AS: Taylor & Francis Group, 2006.
3. Gambar, L dan Teixeira, A. Fisika Pangan: Sifat Fisik - Pengukuran dan Aplikasi. Jerman: Springer, 2007.
4. Anton de Salager, R E. Ketegangan Antarmuka. Mérida: FIRP - Universidad de los Andes, 2005.
5. Speight, J G. Buku Pegangan Analisis Produk Minyak Bumi. New Jersey, AS: Jhon Wiley & sons, 2015.
6. Adamson, AW dan Gast, A P. Fisik Kimia Permukaan. AS: John Wiley & Sons, Inc., 1997.
7. Blunt, M J. Multiphase Flow di Permeable Media: A Pore-Scale Perspective. Cambridge, Inggris: Cambridge University Press, 2017.