액체의 표면장력

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액체의 표면장력
액체의 표면장력

◉ 이론
◆ 표면장력 의미 : 자유표면에너지(free surface energy)또는 포텐셜 에너지(potential energy)라 하고, 감소된 단위표면적당의 자유표면에너지를 표면장력이라고 정의한다.
• 정지해 있는 액체의 평형상태는 액체 내부의 이웃하는 분자들끼리의 인력에 의해 유지되고 있으나, 자유표면에서의 액체는 이웃분자와의 접촉이 없어 인력을 받지 않으므로 자체의 표면적을 최소한 작게 하려고 하는 것을 표면장력이라 한다.
• 일정한 온도와 압력에서 표면적을 증가시키려면 가역적 일을 해주어야 하며, 그에 따라서 계(system)의 자유에너지가 증가한다. 이같이 더해진 자유에너지를 보통 “표면 자유에너지”, 즉 표면장력이라고 하는 것이다.

◆ 표면장력의 특징
•표면장력의 값은 액체의 종류에 따라 결정되는 상수이나, 온도에 따라서도 변한다.
=]온도가 올라감에 따라 분자의 열운동이 증가함으로 분자간 거리가 증대하고, 이 때문에 분자 간 인력이 작아서 표면장력이 약해지며, 임계온도가 되면 표면장력은 0이 된다.
•어떤 종류의 물질을 액체에 녹이면 표면장력의 값은 감소한다.
=]물에 대한 비누 등은 그 대표적 예이며, 이런 종류의 물질을 표면활성물질이라 한다.
•위의 특징에 따라 표면장력은 단순히 액체의 자유표면뿐만 아니라 섞이지 않는 액체 의 경계면, 고체와 기체, 고체와 고체의 접촉면 등, 대체로 표면의 변화에 대한 에너지 가 존재할 때 생기는 현상이다.
=]이 때문에 표면장력 대신 계면장력라고도 한다.

◇ 표면 장력의 단위
C.G.S 단위 : dyn/cm = erg/㎡ ( 1dyn = 1g․㎝/s2 )
S.I 단위 : N/m = kg/s2 = J/㎡ ( 1N = 1kg․m/s2 )

◆ 표면장력측정의 위한 두 가지 대표적인 실험

◉ 모세관 상승법 (Capillary rise method)
반경 R인 모세관에 상승하는 액체 기둥의 높이 H와 기둥에 접하는 접촉각에 의해
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