CHAPITRE II. TENSION SUPERFICIELLE.
II.1. INTRODUCTION.
Soit un système comprenant deux phases et , il existe
une surface qui sépare
ces deux phases. Cette surface est habituellement
appelée interface si et sont deux phases condensées et
simplement surface si est une phase condensée, liquide ou solide, et
un gaz[7].
Dans le cas le plus simple d'un liquide et de sa vapeur, il
faut remarquer que, s'il s'agit des molécules, celles-ci à la
surface ne sont pas dans le même état énergétique
qu'elles sont dans la masse du liquide. En effet, les interactions,
dans la masse du liquide, ne s'exercent que dans la moitié de
l'espace pour les molécules de surface.
En général il faut fournir de
l'énergie pour augmenter la surface d'un système
c'est-à-dire augmenter le nombre des molécules dans la masse,
c'est dire que les molécules de surface possèdent une
énergie moyenne supérieure à l'énergie moyenne des
molécules dans la masse, cette différence d'énergie
correspond aux liaisons intermoléculaires rompues lors du passage des
molécules de la masse à la surface. Comme on a un
système à l'équilibre correspond une énergie
minimale, un système isolé aura tendance à adopter une
configuration dont l'aire de la surface sera minimale[8].
II.2. DEFINITION [9], [10]
La tension superficielle est une force résultante
de la cohésion, qui abaisse au minimum le nombre de
molécules à la surface d'un liquide. Cela crée une sorte
d'enveloppe invisible qui occupe la plus petite surface possible. La tension
superficielle représente la force
de la pellicule de la surface du liquide[9].
De la différence des interactions entre atomes ou
molécules qui s'exercent au niveau d'une interface résulte une
force appelée tension interfaciale . La tension
interfaciale
s'exerce parallèlement à la surface et s'oppose
à l'accroissement de celle-ci. Le nom tension
superficielle est réservé au cas où les
deux phases en présence sont un liquide et l'autre un gaz.
L'enthalpie libre d'un tel système doit faire
intervenir le travail correspondant à la tension interfaciale. Ce
travail est proportionnel à la variation de surface puisque
cette variation de surface est elle-même proportionnelle au nombre
de molécules ou atomes qui quittent la masse pour venir à la
surface.
s'écrire :
Dans ces conditions, l'expression différentielle de
l'enthalpie libre du système peut
Par Malala Ibakipuo jacques
Etude de la tension superficielle des solutions
d'électrolytes en fonction de la concentration à pression et
température constantes (cas de NaCl et KCl) 11
dG = - SdT + VdP + dA (II.1)
où :
S est l'entropie
T est la température absolue
V est le volume
P est la pression
est la tension interfaciale ou la tension superficielle
A l'aire de l'interface ou de la surface
Puisque dG est une différentielle totale, on peut
écrire :
? ?
= ?
dG
?
? dA ?T P
(II.2)
Cette quantité se définit aussi comme la force F
par unité de longueur L agissant
le long de n'importe quel contour de la surface d'un liquide et
tendant à le resserrer.
= F
L
(II.3)
Lorsqu'on augmente la longueur du contour de la surface, celle-ci
égale 2L, la
tension superficielle devient :
= F
2L
(II.4)
UNITE.
La tension interfacielle ou la tension superficielle s'exprime en
J/m². comme les résultats sont souvent données en
erg/cm² on notera que 1 erg/cm² = 1 mJ/m². naturellement
on peut encore exprimer en mN/m (milli newton par mètre)
c'est-à-dire force divisée par
une longueur. Souvent aussi on utilise en CGS :
1 dyne/cm = 1N/m
Pour beaucoup de liquides à la température
ordinaire est comprise entre 15 et 50 mJ/m² et pour l'eau elle vaut 73
mJ/m² ; cette valeur élevée résultant de l'importance
des liaisons hydrogènes existant entre molécules.
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