Oppervlaktespanning

Oppervlaktespanning is het natuurkundig verschijnsel dat het oppervlak van een vloeistof aan een vloeistof-gasovergang zich gedraagt als een veerkrachtige laag. Vanderwaalskrachten tussen moleculen in de vloeistoffase veroorzaken deze oppervlaktespanning. Losse druppels worden zo veel mogelijk bolvormig. De oppervlaktespanning van water wordt verder verhoogd doordat watermoleculen onderling waterstofbruggen vormen. Schaatsenrijders (een insectensoort) en lichte voorwerpen zinken niet dankzij de oppervlaktespanning van het water.

Voor moleculen aan het oppervlak van de vloeistof is de netto vanderwaalskracht gericht naar de vloeistof toe. Binnen de vloeistof zijn de onderlinge vanderwaalskrachten tussen de moleculen in alle richtingen even groot, waardoor de resulterende kracht op ieder individueel molecuul binnen de vloeistof gelijkstaat aan nul.

Het symbool voor oppervlaktespanning is γ (gamma) of σ (sigma) en de SI-eenheid is newton per meter, N m⁻¹. In oudere werken vindt men nog wel dyne per centimeter (geen SI-eenheid).

Oppervlakteactieve stoffen zijn stoffen die de oppervlaktespanning van een vloeistof verlagen als ze erin gemengd worden. Voorbeelden zijn zeep en glansspoelmiddel in water.^[1]

Bepaalde insecten maken gebruik van deze spanning om over het wateroppervlak te lopen. Indien afwasmiddel in het water wordt gemengd, verdrinkt dit insect. Verlaging van de oppervlaktespanning maakt het ook mogelijk een zeepbel te blazen die enige tijd kan blijven bestaan.

Tussen twee verschillende fasen heerst er steeds een drukverschil. De grootte van dit drukverschil kan berekend worden aan de hand van de grensvlakenergie, een breder begrip dat de oppervlaktespanning omvat. Merk op dat de dimensie van oppervlaktespanning, kracht per eenheid lengte, ook kan geschreven worden als energie per eenheid oppervlakte.

De overdruk in een champagnebelletje in een glas wijn, bijvoorbeeld, kan als volgt berekend worden: ${\displaystyle \Delta P={2\gamma \over {r}}}$, waarbij r de straal van het belletje is.

Formules voor het berekenen van de oppervlaktespanning. Hieronder is de wet van Laplace te zien. ^[2]

Eén grensvlak :${\displaystyle \Delta P={2\gamma \over {r}}}$

Twee grensvlakken :${\displaystyle \Delta P={4\gamma \over {r}}}$

• 
  Eén grensvlak (voorbeeld: druppel)
• 
  Twee grensvlakken (voorbeeld: zeepbel)

${\displaystyle \Delta p=\ \gamma \left({\frac {1}{R_{x}}}+{\frac {1}{R_{y}}}\right)}$

${\displaystyle \Delta p=\ 2\gamma r\pi \cos(x)}$

De oppervlaktespanning is afhankelijk van de temperatuur. In het algemeen daalt ze als de temperatuur stijgt. Bij het kritisch punt van verdamping, waar het grensvlak tussen damp en vloeistof verdwijnt, is ze gelijk aan nul.

Wanneer men de oppervlaktespanning van een stof geeft, moet men er dus steeds bij vermelden voor welke temperatuur die geldt. In deze tabel zijn waarden bij 20 °C gegeven, tenzij anders vermeld:

• Probleem van Plateau
• Capillariteit
• Marangoni-effect
• Contacthoek
• Tolmanlengte

Zie de categorie Surface tension van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.