(1) 표면장력의 본질과 측정법

① 표면장력과 표면자유에너지

표면 분자는 한쪽으로만 인력을 받아 표면적을 줄이려 하며, 단위 길이당 힘이 표면장력 γ, 단위 면적당 일로 보면 표면자유에너지다.

섞이지 않는 두 응축상 경계의 값이 계면장력이며, 온도가 상승하면 표면장력 γ는 감소한다.

② 네 가지 대표 측정법

모세관상승법 : 액주 높이 · 관 반지름 · 밀도 · 접촉각 0에 가까운 계

Wilhelmy 판법 : 백금 판 인상력 · 동적 변화 추적

du Noüy 링법 : 링 이탈 최대 힘 · 보정계수 교정 필요

적하계수법 : 표준액과 방울 수 비교 · 방울 수 많을수록 표면장력 작음

③ 표면장력 측정법 비교표

(2) 습윤과 부착·응집의 에너지론

① 접촉각과 Young 식

접촉각 θ와 Young 식 : γsg = γsl + γlg cos θ · 90도 미만 친수성 · 초과 소수성 · 0도 완전 습윤

계면활성제로 γlg와 γsl을 낮추면 접촉각은 감소하고 습윤은 촉진된다.

② 부착일, 응집일, 확전계수

부착일 : 두 상의 계면을 뗄 때의 일 · Wa = γa + γb − γab

응집일(Dupré 식) : 같은 액체를 쪼갤 때 · Wc = 2γ

습윤(wetting)과 확전계수(spreading coefficient) : S = Wa − Wc · 양수라야 자발 확전

(3) 표면흡착과 단분자막

① Gibbs 흡착등온식과 표면과잉

Gibbs 흡착등온식 : Γ = −(1/RT)(dγ/dlnC) · 표면과잉 양수면 γ 감소 · 음수면 γ 소폭 상승

표면활성물질/표면불활성물질 중 전자가 이에 해당하고 무기 전해질은 후자다.

② 단분자막과 유화·분산 응용

단분자막과 Langmuir 막천칭 : 불용성 막을 배리어로 압축 · 표면압은 순수한 물의 γ와의 차이 · 압축할수록 상승

계면장력 저하와 유화 · 분산은 계면장력이 낮을수록 액적 생성 에너지가 줄어 안정해진다.