Oberflächenspannung – Lungenbläschen

Angenommen, die Oberflächenspannung sei eine reine Grenzfläche (ohne Tenside).$\gamma_0$. Nun senkt die Zugabe der Tenside die Oberflächenspannung um$\gamma(a) = \gamma_0 - \Pi(a)$, Wo$a$ist die Fläche pro Tensid (oder der Kehrwert der Oberflächendichte; man kann beides verwenden, aber$a$ist üblicher). Der Begriff$\Pi(a)$wird Flächendruck genannt, gerade weil er wie ein zweidimensionaler Druck wirkt. Lassen Sie mich näher darauf eingehen.

Aus dieser Sicht möchte sich die reine Schnittstelle zusammenziehen, kleiner werden, um die Größe der Schnittstelle zu minimieren. Wenn sich die Tenside so immer näher kommen, beginnen sie sich abzustoßen und erzeugen eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung. Diese Kraft wird Oberflächendruck genannt.

In der Tat, wenn Sie sehr schnell "zu viele" Tenside an die Grenzfläche drücken würden (diese Annahme von sehr schnell ist wichtig, da die Tenside sonst von der Grenzfläche springen würden), würde die Oberflächenspannung negativ werden und die Oberfläche würde dann dazu neigen verbiegen oder seine Form verändern, so dass die Größe der Oberfläche tatsächlich wachsen würde. Dies geschieht häufig in bestimmten Klassen von Systemen (z. B. Lipiddoppelschichten, die mehr oder weniger mit den Monoschichten verbunden sind, von denen Sie sprechen, wenn Sie über Lungenalveolen sprechen).

Wie man modelliert$\Pi(a)$, könnten die einfachsten Modelle die des idealen Gases oder die Van-der-Waals-Zustandsgleichungen sein. Einige ausgefeiltere, aber immer noch recht elementare Methoden wären einige Gittermodelle (ein Adsorptionsmodell à la Langmuir), und am fortgeschritteneren Ende haben Sie die Dichtefunktionaltheorie und die fundamentale Maßtheorie und das Zeug, das sich davon abzweigt. Die Literatur zu diesem Thema ist riesig.