계면의 물리화학

1. 액체표면 표면장력 액체가 기체와 접하고 있을 때 액체내부에 있는 분자는 평균하면 대부분의 방향에서 같은 인력을 받고 있다. 한편 액체의 표면에 있는 분자는 액면의 밖으로부터는 인력을 받지 않으며 전체로서 안쪽으로 끌리며 그 결과 표면적이 작은 상태를 취하게 된다. 표면장력은 일정한 T,P하에서 단위표면적 당 자유 에너지의 변화량으로 나타낼 수 있다. r=(∂G/∂As) T,P Young-Laplace의 식 2상 α, β가 접촉하여 평행상태로 있을 때 두 상 내의 압력 Pα와 Pβ는 같다. 그러나 계면이 평면이 아니고 곡면일 때는 계면장력 때문에 두 상의 압력이 같지 않다. 반경r인 구형의 기체(α상)가 액체(β상)중에 들어있는 경우를 살펴볼 때, 이 구의 중심을 통하는 면에서 액상을 끊여서 그림에 나타난 장방형의 그림자 부분을 가상해 보자. 평형상태를 유지하려면 좌우에서 벽에 결리는 힘이 같아야한다. 따라서 벽의 면적을 A라고 하면 PβA = (A - πr2) Pβ + πr2Pα - 2πrγ 여기서 구와 가상의 벽과 만나는 원주 2πr의 부분에 대해서는 표면장력에 의한 힘이 작용하고 있다. (Young-Laplace 식) Pα - Pβ = 2γ/ r α,β는 기체, 액체 외에도 다른 상이 있으면 성립하는 일반적인 관계식이다. 계면이 평면일 때는 r=∞이므로 Pα= Pβ가 된다. 계면이 구면이 아닐 때는 위 식이 일반화되며 Pα - Pβ = γ(1/r1 + 1/r2) 여기서 r1,r2는 곡면의 반경이다.