Felületi energia
A felületi energia , egyben szabad felületi energia , a Gibbs-féle felületi energia egy termodinamikai függvény, amely az egyes érintkezési fázisok részecskéivel való határfelületen lévő részecskék intermolekuláris kölcsönhatásának energiáját jellemzi. A felületi energia másik meghatározása az a potenciális energia , amely az egységnyi felület kialakításához szükséges felületen (interfészen) koncentrálódik. A térfogatban lévő energiához képest redundáns, azaz nem egyenlő nullával. A mértékegység az SI rendszerben J/m 2 .
A szabad felületi energia megléte a felületi feszültséggel együtt metastabil állapotok (túlhűtési, túltelítettségi állapotok) kialakulásának oka.
Fizikai leírás
A felületi energia egyenesen arányos a fajlagos határfelületi kölcsönhatási energiával vagy felületi feszültséggel σ és a fajlagos S határfelülettel:
.
A végtelenül csekély változásért:
A G s szabad felületi energia állandó nyomáson egybeesik a termodinamikai függvénnyel – a heterogén rendszerekben a határfelület állapotát jellemző Gibbs-energiával .
A G s felületi feszültségtől és fajlagos határfelülettől való függése miatt minden felületi jelenség spontán módon következik be, ha az alábbi feltételek valamelyike teljesül:
,
vagy
,
vagy
.
Vagyis a termodinamika második főtételének megfelelően - minden spontán folyamat a rendszer energiájának csökkenésével történik. Ebben az esetben csökkenő G s energiával .
A G s értékének a fázis felületének csökkenése miatti csökkenésével járó spontán folyamatok a következők :
- koaleszcencia - a cseppek vagy buborékok részecskéinek összeolvadásának (megnagyobbodásának) folyamata mozgó közegben (folyadék, gáz) vagy a test felületén.
- A koaguláció és a flokkuláció a diszpergált fázis részecskéinek összetapadásának és megnagyobbodásának folyamata .
Azok a spontán folyamatok, amelyek a G s értékének csökkenésével járnak a σ felületi feszültség értékének csökkenése miatt, a következők: nedvesedés , adhézió , szorpciós folyamatok stb.