Youngsche Gleichung

Youngsche Gleichung

Die Youngsche Gleichung (nach Thomas Young) beschreibt die Benetzung der Oberflächen von Festkörpern mit Flüssigkeiten. Sie stellt die Beziehung zwischen dem Kontaktwinkel θY eines Tropfens einer benetzenden Flüssigkeit im thermodynamischen Gleichgewicht, der Oberflächenenergie γSG der Oberfläche eines benetzten Festkörpers (Index SG für engl. solid-gas), der Oberflächenspannung γLG der benetzenden Flüssigkeit (Index LG für engl. liquid-gas) sowie der Grenzflächenenergie γSL zwischen dem benetzten Festkörper und der benetzenden Flüssigkeit (Index SL für engl. liquid-solid) dar:

cos⁡θY=γSG−γSLγLG

Die Youngsche Gleichung gilt nur für ideale Festkörperoberflächen, wobei ideale Festkörperoberflächen homogen, glatt, isotrop, unlöslich, nicht reaktiv und nicht deformierbar sind. Monte-Carlo-Simulationen sowie Molekulardynamik-Simulationen bestätigten die Gültigkeit der Youngschen Gleichung. Eine experimentelle Verifikation der Youngschen Gleichung ist nicht möglich, da γSL und γSG nicht unabhängig voneinander bestimmbar sind und da sich die für die Youngsche Gleichung vorausgesetzten idealen Bedingungen experimentell in der Regel nicht realisieren lassen.

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 WSL der benetzenden Flüssigkeit auf der benetzten Festkörperoberfläche sowie γLG und θY her:

WSL=γLG(1+cos⁡θY)

Einzelnachweise

  1. ↑ Thomas Young: An Essay on the Cohesion of Fluids. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Vol. 95, 1805, S. 65–87 (Volltext).
  2. ↑ Jaroslaw W Drelich, Ludmila Boinovich, Emil Chibowski, Claudio Della Volpe, Lucyna Hołysz, Abraham Marmur, Stefano Siboni: Contact angles: history of over 200 years of open questions. In: Surface Innovations. Band 8, Nr. 1–2, 1. Februar 2020, ISSN 2050-6252, S. 3–27, doi:10.1680/jsuin.19.00007 (icevirtuallibrary.com [abgerufen am 10. Dezember 2022]).
  3. ↑ Abraham Marmur: The Contact Angle Hysteresis Puzzle. In: Colloids and Interfaces. Band 6, Nr. 3, 2022, ISSN 2504-5377, S. 39, doi:10.3390/colloids6030039 (mdpi.com [abgerufen am 20. November 2022]).
  4. 1 2 Abraham Marmur, Claudio Della Volpe, Stefano Siboni, Alidad Amirfazli, Jaroslaw W. Drelich: Contact angles and wettability: towards common and accurate terminology. In: Surface Innovations. Band 5, Nr. 1, März 2017, ISSN 2050-6252, S. 3–8, doi:10.1680/jsuin.17.00002 (icevirtuallibrary.com [abgerufen am 10. Dezember 2022]).
  5. ↑ Subir K. Das, Kurt Binder: Does Young's equation hold on the nanoscale? A Monte Carlo test for the binary Lennard-Jones fluid. In: EPL (Europhysics Letters). Band 92, Nr. 2, 2010, ISSN 0295-5075, 26006, doi:10.1209/0295-5075/92/26006.
  6. ↑ David Seveno, Terence D. Blake, Joël De Coninck: Young’s Equation at the Nanoscale. In: Physical Review Letters. Band 111, Nr. 9, 27. August 2013, ISSN 0031-9007, 096101, doi:10.1103/PhysRevLett.111.096101.
  7. ↑ Abraham Marmur: Surface tension of an ideal solid: What does it mean? In: Current Opinion in Colloid & Interface Science. Band 51, Februar 2021, 101388, doi:10.1016/j.cocis.2020.09.001 (elsevier.com [abgerufen am 6. Dezember 2022]).
  8. ↑ Hans-Jürgen Butt, Jie Liu, Kaloian Koynov, Benedikt Straub, Chirag Hinduja, Ilia Roismann, Rüdiger Berger, Xiaomei Li, Doris Vollmer, Werner Steffen, Michael Kappl: Contact angle hysteresis. In: Current Opinion in Colloid & Interface Science. Band 59, 2022, 101574, doi:10.1016/j.cocis.2022.101574 (elsevier.com [abgerufen am 20. November 2022]).
  9. ↑ Athanase M. Dupré: Théorie mécanique de la chaleur. Gauthier-Villars, Paris 1869, S. 369 ff. (französisch, archive.org).
  10. ↑ Malcolm E. Schrader: Young-Dupre Revisited. In: Langmuir. Band 11, Nr. 9, 1995, S. 3585–3589, doi:10.1021/la00009a049.