¿Qué es la energía de superficie?

Dentro de una masa sólida, las moléculas están rodeadas de moléculas idénticas con medidas de energía similares. Sin embargo, en la superficie del sólido, es probable que las moléculas estén en contacto con el aire y, a veces, con líquidos u otras masas de diferentes medidas de energía. Como resultado, las mediciones de energía superficial son siempre diferentes de las que se encuentran dentro de la masa de un sólido.

Las tres fases (sólido, líquido y aire) tienen energías superficiales medibles y tensiones superficiales. Las moléculas tienen tanto lo que se llama "unidades adhesivas" como "unidades cohesivas" que gobiernan las formas en que interactúan con las moléculas que las rodean. Las unidades adhesivas buscan unirse con otros tipos de moléculas, mientras que las unidades cohesivas buscan unirse con moléculas similares. Si los impulsos cohesivos son más prominentes, las moléculas líquidas solo se acumularán en una superficie a medida que resistan a otras moléculas; lo contrario es cierto si las unidades de adhesivo son más prominentes.

Las mediciones de energía superficial, tensión superficial y densidad superficial analizan el comportamiento de humectación entre líquidos y sólidos cuando los científicos están probando las propiedades termodinámicas de los sólidos. Cuando las moléculas líquidas en una superficie sólida forman una cohesión, los científicos pueden medir el ángulo de contacto de esas moléculas en la superficie sólida. Esta medición del ángulo de contacto se toma con un instrumento llamado goniómetro, que determina en qué grado la cohesión o la adhesión están en ascenso. Otras dos fuerzas pueden influir en la energía de la superficie en este caso. Si la superficie es rugosa o conocida como hidrofóbica, esto hace que los líquidos se formen en ángulos más altos; a la inversa, cuando una superficie es hidrofílica, una gota de líquido puede extenderse para cubrir la mayor cantidad de superficie que las moléculas de líquido puedan alcanzar.

Las mediciones de energía superficial generalmente se toman a temperaturas extremadamente altas, cuando los sólidos reaccionan mediante ligeros movimientos bajo el estrés del calor, pero el volumen es casi constante. Las mediciones de energía de superficie líquida se toman utilizando lo que se denomina un "estiramiento de membrana líquida" del área de superficie. Un método, llamado Método dinámico de Wilhelmy, consiste en sumergir un sólido en un líquido que se ha medido previamente para la tensión superficial, y luego medir las fuerzas de humectación a medida que el sólido se libera del líquido. Otro método, llamado Método de ángulo de contacto con el polvo, se usa cuando los científicos necesitan conocer los niveles de absorción y las energías superficiales de los materiales porosos y los polvos.

Las aplicaciones prácticas de estas mediciones de energía de superficie y procedimientos de prueba benefician el desarrollo de productos industriales y de consumo. Los metales recubiertos con polímeros confían en el conocimiento científico de adhesión y cohesión para su resistencia y durabilidad. Las medidas de energía superficial de los materiales se toman para aplicaciones de oxidación y unión química. En la litografía, las tintas deben aplicarse de una manera que permita que las áreas de imagen absorban las tintas y las áreas sin imagen permanezcan libres de tintas; La investigación en energía de superficie ha refinado estos procesos.