Oberflächenspannung
Was ist das?
Die Oberflächenspannung ist definiert als die Arbeit (ΔW), welche verrichtet werden muss, um die Oberfläche zu vergrößern, geteilt durch die dabei zusätzlich entstehende Fläche (ΔA). Sie wird deshalb auch als Oberflächenenergiedichte bezeichnet. Sie ist die Grenzflächenspannung zweier Stoffe. Gemessen wird sie in den SI-Einheiten kg/s², die gleichbedeutend ist mit N/m.
Inhaltsverzeichnis
- Anwendungsbeispiel
- Verwendung
- Einzelnachweise
1. Anwendungsbeispiel
Grenzflächenaktive Substanzen, wie beispielsweise Tenside, setzen die Oberflächenspannung herab. Dieser Effekt kommt beim Einsatz von Reinigungsmitteln zur Entfernung hydrophober Verschmutzungen, also Verschmutzungen, die sich nicht in Wasser lösen zum Tragen. Besonders im Reinraum ist die Qualität eines flüssigen Reinigungsmediums entscheidend. Der Alkoholgehalt ist entsprechend der zu reinigenden Produkte und Oberflächen anzupassen. Diese Alkohole machen es möglich, dass organische Verschmutzungen entfernt werden können. Damit Flüssigkeitsreste rückstandsfrei verdunsten, eignet sich am besten DI-Wasser. Dieses hat eine höhere Oberflächenspannung, welche die Aufnahme der angelösten Verschmutzungen durch das Reinraumtuch ermöglicht.
Im Alltag ist die Oberflächenspannung dafür verantwortlich, dass manche Insekten, wie beispielsweise Wasserläufer, auf der Wasseroberfläche laufen können. Auch flache Gegenstände wie beispielsweise ein Stück Folie, oder eine Münze bleiben auf der Wasseroberfläche liegen, ohne dass sie dabei untergehen. Taucht man einen Gegenstand jedoch zu weit ein, wird die Oberflächenspannung zerstört und der Gegenstand oder das Insekt gehen unter.
2. Verwendung
Flüssigkeiten streben danach, ihre Oberfläche weitestgehend zu verringern, weshalb sie eine kugelförmige Beschaffenheit annehmen. Allerdings nur, wenn keine Kräfte, wie z.B. die Erdanziehungskraft, auf sie einwirken. Zwischen den Flüssigkeitsmolekülen besteht eine Kohäsion, eine chemische Bindung, welche die Moleküle zusammenhält. Die Oberflächenspannung ist dafür verantwortlich, dass eine Kraft aufgebracht werden muss, um diese Struktur aus der Form zu bringen.
Auch im Reinraum gehört die Oberflächenspannung zur kritischen Beobachtung bei der Reinigung. Zwischen einer Oberfläche und darauf haftender Partikel herrschen Anziehungskräfte. Diese Adhäsionskräfte sind mittels einer Flüssigkeit mit geringer Oberflächenspannung, wie beispielsweise Alkohol oder Reinigungsmittel, aufzulösen. Nur dadurch ist das Entfernen der Partikel möglich.