chimie de surface 1

7/25/2019 Chimie de Surface 1

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PARTEMENT DE CHIMIE

Facult des arts et des sciences

SURFACES, INTERFACES ET COLLODES

CHM 3404

Chapitre 1

SURFACES ET INTERFACES :Notions fondamentales

Automne 2004

Responsable du cours : Suzanne Giasson


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1 : Surfaces et interfaces

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1.1Concepts gnraux

Ce quon entend par surface et interface :

Surface : Partie extrieure (dun corps), qui le limite en tous sens et qui est directementaccessible.

Interface : Zone limite situe entre deux phases adjacentes.

Ce que ne sont pas les surfaces quon traitera dans ce chapitre :

tendue plane. Ensemble des points du plan limits par une courbe ferme. Aire

Nature des surfaces et interfaces:

Pour dfinir une interface et dmontrer en termes physiques et chimiques quelle existe, il est

ncessaire de penser en termes dnergie en gardant lesprit que la nature tend toujours

agir afin de diminuer lnergie libre totale. Lorsque deux phases sont en prsence et que la

prsence dune interface entre les deux rsulte dune trs forte nergie libre, linterface serarduite au minimum, i.e. sparation de phase. linverse, si la prsence dune interface mne

une diminution dnergie libre, linterface sera maximise et les deux phases seront

miscibles .

Une surface peut tre liquide, solide ou gazeuse. Cependant la dnomination de phnomnes

de surface est gnralement utilise pour dsigner les phnomnes physiques qui

apparaissent la surface limite dun fluide avec un gaz, un liquide ou un solide. Ces

phnomnes sont dus aux forces intermolculaires qui ne sont plus galement rparties autour

des molcules de surface comme elles le sont autour des molcules situes au sein du fluide.


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Les phnomnes de surface ou dinterface se rencontre dans les domaines les plus divers de la

chimie ou de la physico-chimie : catalyse, lectrochimie, matriaux, etc.

Exemples de phnomnes de surface :

Figure 1.1talement contrl de gouttes deau sur une surface modifie. (Photo prise par

Felice Frankel, MIT)

Figure 1.2 Germination de filaments la surface dune levure, Candida albicans.

(Photo prise parFelice Frankel, MIT)

Formation de gouttelettes deau colores enrponse au contact avec une surface plane surlaquelle se retrouve des zones hydrophiles ethydrophobiques dlimites sous forme degrillage.

Les gouttes deau adoptent une forme carr enstalant sur les rgions hydrophiles et sarrtant

sur des lignes trs fines hydrophobes sparespar 3 mm dintervalle.

Les rgions hydrophiles sont formes par ledpt dune monocouche auto-assemble sur unsubstrat hydrophobe.

Colonie de levure, Candidaalbicans, rpondant la prsencedun agent chimique dans lemilieu environnant par laformation de filaments leursurface. Les espces mutantes ,

avec un gne endommag, nerpondent pas.


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Dans ce chapitre seront traits surtout linterface liquide-gaz et quelque peu linterface

liquide-liquide. Ces interfaces sont les plus simples tudier cause de leur mobilit. La

comprhension de leur comportement permettra de mieux comprendre les cas plus complexes

des interfaces liquide-solide.

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1.2 Tension de surface: concept cl pour la caractrisation des interfaces

fluides.

1.2.1 Description du phnomne :

Les surfaces, ou dune faon plus gnrale les interfaces, dmontrent des proprits physiques

qui sont diffrentes de celles du massique. La manifestation la plus importante de ces

diffrences de proprits est la tension de surface. Des effets nergtiques et entropiques qui

ont lieu la surface peuvent donner lieu des forces qui ne sont pas prsentes autrement

(forces de solvatation, de dpltion, hydrophobes). Bien sur, il existe aussi les forces

classiques entre surfaces qui ont pour origine les interactions entre molcules, i.e. forces

de van der Waals, forces lectrostatiques. Toutes ces forces sont dimportance majeure dans

les phnomnes complexes comme ladsorption partir de solution et contrlent le

comportement de petites particules ou collodes pour lesquels la surface est importante.

En surface, les molcules d'eau sont en contact avec des molcules de gaz, situes au-dessus,

dont l'attraction est nettement moins forte. C'est pourquoi les molcules d'eau de surface

concentrent leurs forces sur les molcules d'eau qui les entourent. Il se forme des liaisons

extrmement cohrentes qui forment une sorte de film lastique. On peut observer simplement

cette force : il suffit de dposer une gouttelette d'eau sur une surface impermable (ou

hydrophobe); la goutte conserve une forme hmisphrique grce cette force, qui l'empche

de se rpandre sur le support. Des animaux, des insectes principalement, peuvent voluer sur

ce film lastique form par la surface de l'eau (voir Figure 1.3). Toute une faune peuple cette

surface souple et en exploite les proprits extraordinaires.


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Figure 1.3 Insecte marchant sur la surface de leau

Les animaux dont le poids est support par le film molculaire doivent videmment veiller ne pas le rompre. Pour cela, ils utilisent des substances cireuses et huileuses dont l'une des

proprits physiques est de repousser les molcules d'eau. Certains animaux pas plus gros

qu'une tte d'pingle, sont entirement recouverts de cire. En fait, leur poids trs faible ne

risque pas de dchirer le voile de surface; le seul danger qui les menace est d'tre balays par

le vent. C'est pourquoi le dessous de leur corps porte une minuscule attache dpourvue de cire

qui transperce la pellicule superficielle et s'y fixe, un peu comme une ancre. Enfin leurs pattes

se terminent par des griffes non enduites de cire, dont l'adhrence leur permet de se dplacer

la surface de l'eau.

Une faon simple de reprsenter le concept de tension interfaciale est un simple dispositif

mcanique qui comporte un fil en forme de boucle et un fil mobile qui agit comme une

barrire mobile. Ce dispositif est illustr la Figure 1.4 et on suppose qu'il se comporter

comme un appareil idal sans frottement.


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Figure 1.4 Le fil en forme de boucle avec une barrire mobile est un simple dispositif mcanique qui

illustre plusieurs caractristiques de la tension de surface . Lorsqu'un film liquide est contenu

l'intrieur de la boucle, une force F=2L doit tre fournie pour empcher la contraction du film, ou le

ramener sa position inititale.

On peut former un film liquide en immergeant le dispositif dans un liquide et en le retirant. Si

la barrire mobile est libre, elle se positionnera de faon diminuer la surface totale du film

liquide. La force F requise pour prvenir cette rtraction varie de faon linaire avec la

longueur L (longueur de la barrire mobile). La tension de surface est dfinie par la relation

suivante:

= F/2L 1.1

o:

F: force requise pour prvenir la rtraction du film

L: longueur de la barrire mobile


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La longueur totale est 2L puisque le film d'une certaine paisseur a deux cts ou deux

surfaces donc deux longueurs qui interceptent le fil en boucle. La tension de surface est une

proprit intensive et reprsente une valeur caractristique pour chaque liquide.

Ayant les dimensions dun rapport force/longueur, peut sexprimer en Newton par mtre

(N/m).

Le dispositif fil en boucle et barrire mobile est l'analogue en deux dimensions du modle

thermodynamique cylindre-piston utilis pour valuer le produit PV pour les gaz. Cette

analogie suggre que la tension de surface soit une pression deux dimensions. Une

diffrence majeure entre ces deux systmes apparat lorsqu'on enlve la force restrictive; pour

le systme trois dimensions le piston se dilate; pour le systme deux dimensions la barrire

se rtracte.

On peut exprimer les effets de surface en termes dnergies de Helmholtz (A) et de Gibbs (G).

Ces quantits sont lies laire superficielle par la quantit de travail ncessaire pour faire

varier la surface et le fait que dA ou dG (dans des conditions diffrentes) sont gales au travail

ralis pour modifier lnergie dun systme. La quantit de travail, dw, ncessaire pour faire

varier la surface, , dun chantillon dune quantit infinitsimale, d, est proportionnelle

d:

ddw = 1.2

o:

d: l'augmentation totale de l'aire de surface (pour les deux cts).

La constante de proportionnalit, , est appele tension superficielle ou tension de surface.

Ayant les dimensions dun rapport nergie/surface, sexprime gnralement en joules par

mtre carr (J.m2). Le travail ncessaire pour accrotre une surface volume et temprature

constants pouvant tre identifi la variation dnergie de Helmholtz, on peut crire :

ddA = 1.3

Lnergie de Helmholtz diminuant (dA


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La tension de surface a donc t dfinie de deux faons traduisant exactement le mme

phnomne:

1) variation de lnergie libre par unit de surface

2) variation de la force par unit de longueur

Exemple 1.1Utilisation de la tension superficielle

Force 2L

L

h

Surface totale2hL

Calculer le travail ncessaire pour lever une tringle de longueur L et tirer la surface dun

liquide sur une hauteur h comme lillustre la figure ci-dessus. On ngligera lnergie

potentielle de la pesanteur.

Solution

Mthode :

Pour crer une certaine surface, il faut fournir un travail w=, sachant que la tension

superficielle ne varie pas mesure que la surface augmente. Il suffit de calculer laire

superficielle du rectangle deux faces form lorsque la tringle est retire.

Rponse :

En soulevant la tringle sur une hauteur h, au augmente la surface du liquide du double de la

surface du rectangle (en tenant compte des surfaces de deux cts). Laugmentation totale est

donc 2Lh et le travail effectu 2Lh.


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1.2.2 Origine des phnomnes de surface

Les phnomnes de surface prennent leur origine dans les interactions molculaires.

lintrieur dun liquide, chaque molcule est soumise lattraction de toutes les molcules qui

lentourent. Chaque molcule maintient les molcules environnantes grce lagitation

thermique et au total, les interactions ont un effet statistique nul dans toutes les directions

(voir figure 1.5). Pour leur part, les molcules en surface sont soumises une action

asymtrique. Elles sont plus attires vers lintrieur du liquide que vers lextrieur. Il en

rsulte pour la surface du liquide une tendance se restreindre. Le liquide atteint ainsi la

surface minimale compatible avec les liaisons. Ceci est mis en vidence par la forme

sphrique des gouttes places en apesanteur. Les molcules arrtent de pntrer lintrieur

cause de la faible compressibilit du liquide et de la pression interne qui y rgne.

Les origines molculaires de la tension interfaciale et de surface peuvent donc tre comprises

en termes de diffrences entre lnergie dinteraction des molcules la surface et celle des

molcules dans le massique. Naturellement, les tats dquilibre correspondent des tats

dquilibre statistique, i.e., les molcules sont dans un tat dagitation brownienne et il y a un

change continuel avec le gaz situ au-dessus du liquide comme avec lintrieur du liquide.

Les surfaces peuvent se renouveler ainsi plusieurs milliers de fois par seconde. De faon

gnrale, les proprits de surface sont fondamentalement la consquence de la diffrence de

structure qui existe entre le cur dune phase homogne et la zone superficielle. Lors de la

cration dune surface, il nest en effet pas possible de conserver la structure du milieujusqu sa limite de phase: tant donn la faible porte des forces molculaires, la plupart des

proprits lies aux forces de cohsion dpendent de la fonction de distribution des plus

proches voisins. Il est bien vident que la diffrence de structure des molcules ne se

limite pas seulement qu la premire couche molculaire en surface et quil faut atteindre

plusieurs couches pour retrouver les proprits du volume non perturb (proprits du

massique). De plus, les modifications ne sont pas uniquement dordre gomtrique; il apparat

en gnral des charges lectriques et des changements dans les spectres optiques, ce qui nestpas sans importance.


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Figure 1.5 nergie d'interaction entre les molcules dans la phase massique et entre les

molcules la surface.

Dans le cas d'un liquide pur en quilibre avec sa vapeur, on suppose que les nergies

d'interaction entre les molcules dans la phase massique sont additives. L'nergie totale

d'interaction EA,bpar molcule A dans la phase massique (b) est:

EA,b = zb WAA/2 1.3

o:zb: le nombre de plus proches voisins dans la phase massique.

WAA: l'nergie d'interaction de paire

Le facteur 2 tient compte du fait que lorsque deux molcules interagissent le potentiel associ

chacun est WAA/2

L'nergie d'interaction par molcule A la surface, EA,s, est:

EA,s = zs WAA/2 1.4

o:

zs : le nombre de plus proches voisins pour une molcule situe la surface.


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La diffrence d'nergie entre une molcule localise la surface et celle dans le massique par

unit de surface est:

v0

bsAAb,As,A0 a

zz

2

W)EE(a

1=

= 1.5

o:

a0 : aire occupe par molcule la surface

v: tension de surface pour une phase condense

Cette expression est galement l'nergie de surface ou la tension de surface pour une phase

condense. Elle est reprsente ici par v, pour l'interface liquide-vapeur.

Parce que la valeur de WAAest ngative et que zbest plus grand que zs, la valeur de vest

positive (> 0).

Dplacer une molcule du massique la surface cause une augmentation de l'nergie interne;

un travail doit tre fait pour crer une nouvelle surface et c'est l'nergie de surface.

Afin de dterminer WAA, on doit tre en mesure d'estimer la valeur de EA,b. Cette valeur,EA,b,

correspond lnergie ncessaire pour sparer les molcules une distance telle que leurs

interactions est effectivement zro. Comme trs bonne approximation, on peut utiliser la

chaleur de vaporisation, Hvap, puisque la vaporisation implique la transformation dun

liquide, dans lequel les molcules sont trs prs du contact, en un gaz ou elles sont spares

par de trs grandes distances.


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Exemple 1.2

Calculer la tension superficielle du ttrachlorure de carbone.

Solution

La chaleur de vaporisation du ttrachlorure de carbone est 29.7 kJ/mole. Divisant ce nombre

par le nombre dAvogadro on obtient:

EA,b=-29x103/6.022x1023=-4.932x10-20J par molcule

ce qui correspond -12 kT la temprature ambiante (kT=4.14 x 10-21 J 300 K). En

supposant que zb=6, lquation mne une valeur de WAA=-4 kT (ou -1.64 x 10-20 J) par

interaction molculaire de paire.

Afin destimer la tension de surface, on peut voir les molcules comme de simples cubes. La

densit du CCl4est 1.6 x 103kg/m3. Cette densit correspond une aire de 3 x 10-19m2par

molcule pour chaque ct du cube. Supposant que zb=6 et zs=5 (parce quil y a un ct de

libre la surface) on peut ainsi calculer lnergie requise par unit daire de surface partir de

lquation 1.5:

= -1.64 x 10-20J * (-1)/2/(3*10-19m2)= 27 mJ/m2

Cette valeur calcule est trs prs de la valeur dtermine exprimentalement (26.4 mN/m).


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Tableau 1.1Tension de surface temprature ambiante

(mJ/m2=ergs/cm2=dyn/cm=mN/m)

Surface liquide-vapeur lv

Eau

Benzne

Ttrachlorure de carbone

Mthanol

thanol

Octane

Heptane

72.5

28.9

26.4

22.5

22.4

21.6

20.1

Interface liquide-liquide

Eau-benzne

Eau- ttrachlorure de carbone

Eau-heptane

35

45

50

Jusqu maintenant, seulement la contribution de lnergie dinteraction (E) a t estime

pour la formation dune surface ou dune interface. Afin de dterminer lnergie libre de

surface ou (A), on doit considrer la contribution de lentropie (S). Cette contribution de

lentropie peut provenir par exemple de lalignement des molcules la surface.

Normalement la contribution de lentropie nest pas significative et peut tre nglige. Donc,

la contribution majeure lnergie libre de surface est lnergie dinteraction.

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1.3 Travail de cohsion et dadhsion

Dans le cas dun simple liquide, le travail de cohsion correspond lnergie requise pour

crer deux interfaces liquide-vapeur de 1 unit de surface chacune comme lillustre la Figure

1.6a. Ainsi, le travail de cohsion, wcohsion, est:


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vcohsionW 2= 1.6

Le fait que vsoit la moiti du travail de cohsion par unit de surface, est consistant avec lefait que la tension de surface mesure le changement de lnergie libre qui a lieu lorsque les

molcules sont dplaces du massique la surface.

Le travail dadhsion entre deux liquides non miscibles est gal lnergie requise pour

sparer 1 unit de surface de linterface entre les deux liquides en deux surfaces liquide-

vapeur comme lillustre la Figure 1.6b et ce travail sexprime par lquation de Dupr:

+= vvadhsionW 1.7

Figure 1.6.Concept illustrant (a) le travail de cohsion, wcohsion=2v, qui correspond autravail requis pour crer deux interfaces liquide-vapeur d'une unit de surface dans une

phase homogne et (b) le travail d'adhsion, wadhsion=v+v-,, qui reprsente le travailncessaire pour sparer une unit de surface de l'interface entre les deux phases pour formerdeux interfaces liquide-vapeur.

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1.4 Le coefficient dtalement et la mouillabilit dun liquide par un autre

Pour comprendre ce qui se passe lorsquun liquide entre en contact avec un autre liquide, on

peut appliquer le concept dadhsion et de cohsion diffrentes configurations.

Lorsquune goutte dun liquide insoluble, comme lhuile, est dpose sur la surface dun autre

liquide, comme leau, diffrentes situations sont possibles comme par exemple:

1) la goutte reste une goutte qui ne stale pas (Figure 1.7a)

2) la goutte stale uniformment sur la surface en un film pais de sorte que linterface

liquide-liquide et linterface liquide-air soient indpendantes lune de lautre et quelles

maintiennent leur tension de surface caractristique respective (Figure 1.7b)

Figure 1.7. Une goutte d'un liquide insoluble sur une surface propre peut: (a) ne pas s'taler et

demeurer sous forme de lentille, (b) s'taler uniformment sur toute la surface.

Lquation de Young dcrit la forme globale de la goutte dhuile sur leau comme lillustre la

Figure 1.7a. Elle est le rsultat dun bilan de tension appliqu la ligne du contact des trois

phases:

wvcos1= ovcos2+ owcos3 1.8

Si la phase infrieure est solide et demeure intacte (surface non dforme par le poids de la

goutte dhuile) comme lillustre la Figure 1.8, lquation prcdente se simplifie sous la forme

plus familire de lquation de Young:

coslvslsv 1.9

eau

huile

vapeur

eau

huile

vapeurhv

eh

ev


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Figure 1.8.Lorsqu'une goutte de liquide est place sur une surface (non dformable dans ce cas-ci),un bilan de force au contact des trois phases mne l'quation de Young (q. 1.9).

o:

: langle de contact.

Quest-ce qui dtermine si un liquide stale totalement, partiellement ou reste sous forme de

goutte ou de lentille sur une surface?

Lorsque lhuile stale, linterface huile-eau augmente au dtriment de linterface eau-air. Si

laire interfaciale augmente de dA, le changement dans lnergie libre du systme est

approximativement:

dGT,P = (ov + ow -wv) dA 1.10

Ltalement a lieu de faon spontane lorsque cette valeur est ngative.

Le coefficient dtalement initial peut tre dfini comme:

S = - dG/dA 1.11

Do :

)(S owovwv += 1.12


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o la tension interfaciale entre les deux liquides owest mesure linstant ou linterface est

forme, donc avant mme quune solubilisation des deux liquides ait lieu.

Le coefficient dtalement est reli au travail dadhsion et de cohsion selon la relation:

)oilcohesion()wateroiladhesion( WWS = 1.13

{S = (wv + ov - ow) - 2ov = wv - ov - ow}

Ainsi, pour que S soit positif ou nul et pour quil y ait talement spontan il faut que

Wadhsion o-w> Wcohsion o

Exemple 1.3

Ltalement dun liquide peut tre trs diffrent avant et aprs la solubilisation. La diffrence

entre le comportement initial et final du benzne ou lhexanol sur leau en est un exemple.

Initialement, le benzne stale sur leau puisque S est positif:

S(init) = 72.8 - (28.9 + 35.0) = 8.9 mJ/m2

Cependant, aprs avoir atteint lquilibre, un peu de benzne est dissout dans leau ce qui

rduit la tension de surface de leau de 72.8 62.4 mN/m2. Dans ces conditions S est

maintenant ngatif:

S(final) = 62.4 - (28.9 + 35.0) = -1.4 mJ/m2


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___________________________________________________________________________1.5 quation de Young-Laplace et relation diffrence de pression-courbured'une surface

La tension de surface qui agit dans un film liquide doit tre balance par une force gale mais

oppose afin d'atteindre l'quilibre mcanique. Par exemple, pour gonfler une bulle de savon,

on doit appliquer un excs de pression l'intrieur. Comment cet excs de pression est reli

la tension de surface et la courbure de la bulle?

La Figure 1.9 illustre une section circulaire transversale d'une bulle de rayon R confine

l'intrieur d'un liquide.

Lorsque la bulle se dilate d'une paisseur infinitsimale dR, le changement rsultant dansl'aire de surface est

dA = 4[(R+dR)2 R2] = 8RdR 1.14

Figure 1.9. Le trait plein circulaire reprsente la section transversale d'une bulle de gaz dans unliquide. Balancer le travail pour augmenter le rayon de R R+dR avec le travail pression-volumeconduit l'quation de Young-Laplace (q. 1.18) qui relie la diffrence de pression au travers uneinterface sphrique la tension de surface et la taille de la bulle.

R

dR

gaz

P+P

Pliquide


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et le changement correspondant de l'nergie libre est:

dG = dA = 8RdR 1.15

l'quilibre cette nergie libre est balance par un travail pression-volume, dW=PdV, causpar la diffrence de pression P travers le film. Le changement infinitsimal de volume est

[ ] dRR4R)dRR(3

4dV 233 =+

= 1.16

donc

dRR4PPdVdw 2== 1.17

En balanant le travail associ l'augmentation de l'aire de surface (dG) avec le travail

pression-volume (dw), on obtient (quation Young-Laplace):

P = 2/R 1.18

Pour une bulle de savon suspendue dans l'air, la diffrence de pression est deux fois cettevaleur, P=4/R, puisqu'il y a deux interfaces air/liquide, une l'intrieur et une l'extrieur.

________________________________________________________________________

1.6 Lquation de Young-Laplace et leffet de capillarit.

La diffrence de pression au travers une surface courbe a de nombreuses consquences. Une

delles est le gradient de pression capillaire. Lquation de Young-Laplace peut tre utilisepour relier la monte dun liquide dans un capillaire et la tension de surface du liquide (Figure

1.10). Une simple relation existe entre la monte du liquide h, le rayon du capillaire r, la

tension de surface et langle de contact .

La surface du liquide dans le tube capillaire a une calotte sphrique. Comme lillustre la

Figure 1.10, le rayon de courbure R de la surface du liquide est relie au rayon du tube r et de

langle de contact par la relation:


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rcosR = 1.19

Figure 1.10 Illustration schmatique de la relation entre la mouillabilit () d'un tube capillaire parun liquide et la hauteur du liquide l'intrieur du tube. Le rayon de courbure du mnisque et le rayondu tube sont relis par la relation Rcos=r, R=r seulement lorsque l'angle de contact est zro.

Une diffrence de pression existe au travers linterface. Parce que la courbure de surface du

liquide est ngative, la pression dans le liquide immdiatement au-dessous de linterface est

infrieure celle de lair environnant dune quantit gale :

rRP /cos2/2 == 1.20

Cette diffrence de pression (capillaire) entrane le liquide monter dans le tube jusqu ceque la pression la base de la colonne liquide gale celle de lair environnant. La pression

hydrostatique cause par le poids de la colonne de liquide de hauteur h est:

ghP = 1.21

o:: diffrence de densit entre le liquide et la vapeur, liq- vap(~ liq)

P P

P P

P

P

P= Pc + Phyd

Pc

P

( Phyd= gh )

h

ghPPPP hydc ===

R

r

R

rcos =

Pc< P(Young-Laplace)

P

=

cos2

ghrrRP /cos2/2 ==


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g: acclration gravitationnelle

En balanant ces deux pressions, on obtient:

=

cos2

ghr 1.22

Cette quation est particulirement simple appliquer lorsquun liquide stale ou mouille

une surface solide. Dans ce cas, lorsqu'on connat la densit du liquide et le rayon du

capillaire, on peut mesurer la hauteur du liquide et ainsi dterminer la tension de surface

liquide-vapeur.

1.7 Quelques techniques de mesure de la tension de surface (tension

superficielle) et de la tension interfaciale

1.7.1 Capillarimtrie

La capillarimtrie consiste mesurer la hauteur laquelle slve le liquide analyser dans un

capillaire appropri dans des conditions dtermines.

Le tensiomtre capillaire sert mesurer exclusivement la tension de surface des liquides.

Le liquide monte dans le capillaire car les forces dadhsion entre le liquide et le capillaire

sont suprieures aux forces de cohsion.

=

cos2

ghr (ref : 1.22)


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Figure 1.11. Principe de la capillarimtrie

1.7.2 Stalagmomtrie

Lorsquon laisse scouler lentement un liquide par lintermdiaire dun tube effil, il seforme une goutte qui augmente progressivement en poids et en volume jusquau moment o

elle se dtache et tombe.

La tension superficielle (LV) est obtenue par la relation :

o = facteur de correction

m = masse de la goutte

g = acclration due la gravit

r = rayon du tube

V = volume de la goutte= densit du liquide

LV=m g

2

V g

2=1.23


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Figure 1.12Stalagmomtre

1.7.3 Mthode de la lame immerge de Wilhelmy

Lors dune exprience de Wilhelmy, une mince plaque est premirement immerge dans le

liquide dont la surface de tension est mesurer. Il faut sassurer que le liquide mouille

compltement la plaque, i.e., angle de contact nul. La plaque est ensuite amene la surface

de leau. La quantit mesure est la force F par unit de longueur du primtre p. Elle est

obtenue par la mesure de laugmentation de la masse associe au mouillage de la plaque.

Lorsque langle de contact est zro, la force par unit de longueur est directement relies la

tension de surface (voir Figure 1.13).


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Figure 1.13Technique Wilhelmy

1.7.4 Mthode de lanneau

Cette mthode consiste dterminer la force ncessaire pour dtacher un anneau de platine de

diamtre connu.

Anneau

Figure 1.14Tensiomtre de DuNouy

Ftot=mg

Ftot=Fplaque+ p

P=2(a+b)a

b

=0


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=f

2 C

o C = circonfrence de lanneau

Exemple 1.4

Sachant que la force darrachement dun anneau (r = 0.8 cm) de leau et dune solution de

tensioactif 20C est respectivement de 8.13 et 7.5 mN, calculer la tension superficielle de lasolution de tensioactif. La tension superficielle de leau 20C est thoriquement de 72.75

mN/m. La circonfrence dun cercle est 2r.

Solution

m

mN1.67899.0

m108.022

mN5.72sol =

=

1.24

mm75.72mmN9.80m108.022 m13.8 2eau ==

=

899.09.80

75.72==


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1.7.5 Angle de contact (entre un liquide et un solide)

Langle de contact () reprsente langle entre une gouttelette de liquide et un solide. Cest un

paramtre important utilis pour valuer le mouillage des solides. Il se mesure au moyen dun

goniomtre.

Figure 1.15Principe de la mesure de langle de contact

Figure 1.16Exemples de divers angles de contact possibles

Lquation de Young est utilise pour determiner la tension de surface du liquide depos:

SV = SL+ LVcos (rf. Eq. 1.9)

< 90 = 90 > 90

180 = 0

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