Oberflächenspannung

Moleküle üben gegenseitige Anziehungskräfte aus, die für den Zusammenhalt der Oberflächen von Festkörpern und Flüssigkeiten verantwortlich sind. Die physikalische Größe für diese Kraft ist die Oberflächenspannung mit der Dimension Kraft pro Fläche und der Einheit [N/m] oder auch [mN/m]. Auf Grund der Oberflächenspannung tendieren Flüssigkeitstropfen dazu, als kleinstmögliche Oberfläche die Kugelform anzunehmen. Je höher die Oberflächenspannung ist, um so schwerer ist diese Kugelform aufzubrechen. Deshalb zerfließen Öle mit geringer Oberflächenspannung viel leichter auf Oberflächen als Wasser mit einer hohen Oberflächenspannung.

Grundsätzlich zerfließen Flüssigkeitstropfen dann auf Festkörperoberflächen, wenn die Anziehung der Flüssigkeitsmoleküle durch die Festkörpermoleküle gegenüber der inneren Oberflächenspannung überwiegt.

Man verwendet insbesondere bei festen Körpern auch den Begriff Oberflächenenergie in der Dimension [J/m²] oder [mJ/m²] für die Energie, die erforderlich ist, um die Anziehung zwischen Oberflächenmolekülen aufzubrechen. Der Werte für die Oberflächenspannung und für die Oberflächenenergie sind gleichbedeutend.

Typische Werte für die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten sind 20 mN/m bis 100 mN/m, von Kunststoffen und Keramiken 25 - 70 mN/m, von Metallen bis über 1000 mN/m. Dennoch benetzen Flüssigkeiten Metalloberflächen mitunter unzureichend. Die Ursache ist, dass die Oberfläche fast aller Metalle an der Atmosphäre eine Oxidschicht trägt und dass oft Rückstände von Kohlenwasserstoffen (Fette, Öle) die Oberfläche bedecken. (siehe auch ⇒ Oberflächenoxid, ⇒ Oberflächenreinigung).