表面張力・界面張力

表面張力と界面張力は、いずれも液体をベースとした効果である。いずれも、液体や溶液の分子間に働く分子間力が不均衡になることで発生する。この効果は、水滴の形成、液体の混ざりにくさ、毛細管現象、シャボン玉、ワインの涙、さらにはウォーターローバーの浮遊など、多くの事象として日常生活で観察される。いずれも、私たちの日常生活の中で重要な役割を果たしており、その存在すら意識していない行動です。例えば、この理論がなければ、化粧水を混ぜることはできません。

表面張力

均質な液体を考えてみましょう。液体の中心にある分子は、それぞれ同じ力で左右に引っ張られています。周囲の分子は中心分子を全方向に一様に引っ張る。ここで、表面の分子を考えてみましょう。液体に作用する力だけを持っている。気液の粘着力は、液液の凝集力にも及ばない。そこで、表面の分子は液体の中心に引き寄せられ、分子の積層が形成される。分子の表面層は、液体上の薄い膜のようなものです。現実の水上ローバーを例にとると、このフィルムを使って水面に身を置くのです。この層で滑るんです。この層がなかったら、すぐに溺死してしまうでしょう。表面張力は、表面上に引いた単位長さの線に垂直な面に平行な力として定義されます。表面張力の単位はNm-1であり、単位面積あたりのエネルギーとしても定義される。これにより、表面張力もJm-2という新しい単位が与えられる。

界面張力

界面張力は、非混和性の溶液に対してのみ定義されます。その名の通り、混じり合わない2つの溶液の界面に適用される。ここでも表面張力の理論と同じです。界面張力と表面張力の違いは、液-液界面だけで、液-気界面ではありません。界面張力は、この2つの液体の混ざりにくさを表現するために用いることができる。液体同士の界面を考える。第一の表面の分子は、第一の液体と第二の液体の表面の分子の力を受け、逆に第二の表面の分子は、第一の液体と第二の液体の表面の分子の力を受けている。2つの液体の表面に働く付着力が等しい場合。これらの力が等しくなければ、これらの液体は混ざらない。

表面張力と界面張力の違い