Tack på förhand!
/Anette H, Malmö Högskola, Malmö

Svar:
Hej Anette!

Ytenergi är ekvivalent med ytspänning vad gäller vätskor, se fråga 2536 . Ytenergi definieras som tillskottet i energi i ytskiktet jämfört med området inne i materialet. Högre energi, betyder mindre bindning, alltså ett mindre stabilt system.

Molekyler på ytan av en vätska har färre grannar och har därför mindre bindningsenergi, se nedanstående figur.

Naturen stävar mot tillståndet med lägst energi alltså mest bindningsenergi. (Detta kan låta förvirrande, men tänk på att bindningsenergin är en negativ storhet.) Det tillstånd som har mest bindningsenergi är det som har så få molekyler som möjligt på ytan, dvs ytan skall vara så liten som möjligt.

Dimensionen för ytenergi är

energi/ytenhet = J/m² = Nm/m² = N/m

alltså kraft/längdenhet vilket är ytspänning.

Om man har två olika ämnen (t.ex. en vätska och en fast yta) i kontakt med varandra är det inte ämnenas individuella ytenergier som är intressanta utan hur mycket den totala ytenergin hos det sammansatta systemet minskas.

Ytenergi är även relaterat till vätning, se Vätning :

Vätning är en vätskas förmåga att hålla kontakt med en fast yta, grundat på intermolekylära krafter mellan vätskan och ytan. Graden av vätning bestäms av förhållandet mellan adhesiva (mellan materialen) och kohesiva (inom materialen) krafter.

Vätning har stor praktisk betydelse för kontakten mellan två material. Vätning och de ytkrafter som ger upphov till vätning ger också upphov till andra relaterade effekter som kapillärkraft.

För din tillämpning är begreppet vätning relevant. I nedanstående figur från Wetting har vi en vattendroppe på mässing (vänster) och glas (höger). Det är uppenbart att krafterna mässing-vatten är mycket lägre än krafterna glas-vatten. Vi minskar alltså den totala ytenergin glas-vatten mer än mässing-vatten eftersom vattenbubblan till höger är plattare och har därmed större yta (ökningen i ytenergi är större).

Det finns två sätt att ändra ytenergin hos ett system bestående av en fast yta och en vätskedroppe: (i) genom att ändra ämnet i den fasta ytan (mässing är kanske inte realistiskt, men en fluorförening fungerar tydligen) eller (ii) genom att minimera gränsytan.

Metod (i) änvänds redan för tandhygien men, såvitt jag vet, inte metod (ii). Det är uppenbart att en vätskedroppe fäster mycket bättre på en skrovlig yta (stor kontaktyta) än på en jämn (liten kontaktyta). Jag kan tänka mig att man i framtiden kan utveckla en teknik liknande den som beskrivs i fråga 17190 för vattenavvisande fönsterrutor.

Se även länk 1, Surface_tension och Surface_energy .

Nyckelord: ytspänning [18]; kapillärkraft [11];

1 http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/PenetrantTest/PTMaterials/surfaceenergy.htm