Viskosität und Oberflächenspannung

Sowohl die Viskosität als auch die Oberflächenspannung sind theoretisch mit zwischenmolekularen Kräften verbunden, aber sie sind immer noch sehr unterschiedliche Konzepte.

Die Viskositätskraft ist eine Kraft, die nur wirkt, wenn sich die Flüssigkeit bewegt, und wirkt, um den Geschwindigkeitsgradienten darin zu verringern. Die Viskosität ist eine Charakterisierung der Flüssigkeit selbst . Grob gesagt sagt er aus, wie schnell sich der Impuls benachbarter Fluidschichten in einem Nichtgleichgewichtsprozess senkrecht zu ihnen ausbreitet.

Die Oberflächenspannungskraft wirkt nicht innerhalb der Substanz, sondern nur an ihrer Grenze zu einer anderen Substanz, auch wenn sich nichts bewegt. Es ist nicht eine Eigenschaft der Substanz selbst, sondern eines Paares von diesen, die sich an der Grenze treffen. Oft wird der Ausdruck „Oberflächenspannung des Wassers“ verwendet; Gemeint ist aber die Oberflächenspannung des Paares Wasser-Luft. Kombinationen Wasserglas oder Wasseröl haben unterschiedliche Werte der Oberflächenspannung. Grob gesagt sagt die Oberflächenspannung aus, wie viel Wechselwirkungsenergie gespeichert wird, wenn zwei chemische Spezies in gegenseitigem Kontakt stehen, sogar im Gleichgewicht.

Wie @JánLalinský schön erklärt, wird die Oberflächenspannung zwischen zwei Flüssigkeiten gemessen, während die Viskosität innerhalb einer gemessen wird. Angenommen, Sie haben ein Tröpfchen einer Flüssigkeit, bedeutet dies, dass sich die Oberflächenspannung der umgebenden Flüssigkeit ändert, wenn Sie das umgebende Medium ändern, während sich die Viskosität des Tröpfchens nicht ändert.

Wenn Sie jedoch das umgebende Medium konstant halten und sich stark von den Flüssigkeiten unterscheiden, die Sie betrachten, besteht tatsächlich eine Korrelation zwischen Oberflächenspannung und Viskosität. Werfen Sie einen Blick auf die Tabelle der Alkane unten. Sie können deutlich sehen, dass mit zunehmender Kohlenstoffkettenlänge sowohl die Viskosität als auch die Oberflächenspannung mit Luft ansteigen.

Das Problem ist, dass diese Beziehung nicht allgemein gültig ist und nur für relativ einfache Systeme wie Alkane mit Luft gilt. Wenn Sie zum Beispiel die Oberflächenspannung dieser Chemikalien mit Heptan messen würden, dann hat diese Tabelle offensichtlich ein Minimum ($0 \text{ mN/m}$) bei Heptan, aber höhere Werte der Oberflächenspannung sowohl für Hexan als auch für Oktan.