Youngsche Gleichung

Die Youngsche Gleichung^[1] (nach Thomas Young) beschreibt die Benetzung der Oberflächen von Festkörpern mit Flüssigkeiten. Sie stellt die Beziehung zwischen dem Kontaktwinkel $\theta _{Y}$ eines Tropfens einer benetzenden Flüssigkeit im thermodynamischen Gleichgewicht,^[2] der Oberflächenenergie $\gamma _{SG}$ der Oberfläche eines benetzten Festkörpers (Index $_{SG}$ für engl. solid-gas), der Oberflächenspannung $\gamma _{LG}$ der benetzenden Flüssigkeit (Index $_{LG}$ für engl. liquid-gas) sowie der Grenzflächenenergie $\gamma _{SL}$ zwischen dem benetzten Festkörper und der benetzenden Flüssigkeit (Index $_{SL}$ für engl. liquid-solid) dar:

\cos \theta _{Y}={\frac {\gamma _{SG}-\gamma _{SL}}{\gamma _{LG}}}

Die Youngsche Gleichung gilt nur für ideale Festkörperoberflächen,^[3] wobei ideale Festkörperoberflächen homogen, glatt, isotrop, unlöslich, nicht reaktiv und nicht deformierbar sind.^[4] Monte-Carlo-Simulationen^[5] sowie Molekulardynamik-Simulationen^[6] bestätigten die Gültigkeit der Youngschen Gleichung. Eine experimentelle Verifikation der Youngschen Gleichung ist nicht möglich, da $\gamma _{SL}$ und $\gamma _{SG}$ nicht unabhängig voneinander bestimmbar sind^[7]^[8] und da sich die für die Youngsche Gleichung vorausgesetzten idealen Bedingungen experimentell in der Regel nicht realisieren lassen.^[4]

Eine Weiterentwicklung der Youngschen Gleichung ist die Young-Dupré-Gleichung, die neben Young nach dem französischen Physiker Athanase Dupré benannt wurde. Die Young-Dupré-Gleichung stellt den Zusammenhang zwischen der Arbeit der Adhäsion $W_{SL}$ der benetzenden Flüssigkeit auf der benetzten Festkörperoberfläche sowie $\gamma _{LG}$ und $\theta _{Y}$ her:^[9]^[10]

W_{SL}=\gamma _{LG}(1+\cos \theta _{Y})

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Youngsche Gleichung

Weblinks

Einzelnachweise

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