TENSION SUPERFICIELLE
La tension superficielle et son rôle dans les cosmétiques
La tension superficielle, énergie d'interface ou encore énergie de surface, est une force qui existe au niveau de toute interface entre deux milieux différents (entre un solide ou un liquide et un gaz). L'interface est une couche de fluide où les molécules sont soumises aux deux forces des deux fluides, celle-ci sont partagées entre les forces de l'une et de l'autre, sachant que celle de l'eau est plus importante que celle de l'air (voir schéma ci-contre). En effet les molécules d'un même milieu vont avoir tendances à vouloir rester entre elles et donc s'attirer : c'est l'interaction de Van Der Wall.
C'est donc cette force, la tension superficielle, qui permet à la goutte d'eau de ne pas s'étaler sur une feuille, ou à certains insectes de marcher sur l'eau, ou bien encore qui permet cette forme bombée de l'eau dans un verre à ras bord.
Nous étudions particulièrement le rôle de la tension superficielle sur une bulle.
Les tensioactifs sont des agents susceptibles de diminuer la tension superficielle, la surface de l'eau peut s'étirer (les forces entre les molécules diminues) et ainsi « accueillir » des bulles, mais ils servent avant tout à stabiliser l'interface et dans notre cas celle entre l'eau et l'air.
La pellicule d'eau d'une bulle est soumise aux forces exercées par l'air, les tensioactifs stabilisent et permettent à la bulle de ne pas éclater.
Il faut donc que la tension superficielle soit faible pour obtenir une grande bulle. Celle-ci doit donc avoir une énergie de surface minime et la sphère est la forme comprenant la plus faible surface, cela explique donc la forme sphérique des bulles.
Expérience
Pour mesurer l'indice de tension superficielle avec de l'eau ou un autre solvant, on a utilisé la méthode de l'arrachement ou la méthode de l'anneau, historiquement, c'est la première à être développée. Cela consiste à relier un anneau métallique (qui a comme masse, 6,786 g, et à comme diamètre ; 58,5 mm) à un dynamomètre qui mesure la force en Newton. Puis le bas de l'anneau est plongé dans un liquide (dans notre cas, cela sera de l'eau savonneuse avec différente concentration et diffèrent type d'eau...) contenu dans une boite de Pétri. Le support réglable qui est aussi appelé « boy » sert à abaisser la boite de Pétri délicatement de façon à étirer le film du liquide, pour lequel on peut lire la valeur F (la force) au dynamomètre qui est au seuil maximal au moment où le film du liquide lâche.
Calcul de l'indice de la tension superficielle
Pour calculer l'indice de tension superficielle, on utilise la formule suivante :
La tension superficielle varie avec la température ; γ diminue quand la température augmente jusqu'à s'annuler à la température critique.
F= la valeur lu au dynamomètre
P=m x g
g= 9.8N/kg
R = le diamètre/2
D= 5,85/2 cm
Le
coefficient γ s'appelle tension superficielle et se mesure en N.mm^-1 car :
Eau distillé :
Eau du robinet :
Solution peu concentrée en savon:
Solution avec une forte concentration en savon :
Le graphique ci-dessus nous montre grâce à nos résultats qu'au plus l'indice de tension superficielle est faible au plus la « bulle » formée est grande. En effet, si la tension diminue alors l'aire absorber par le liquide peut augmenter ainsi que la taille de la bulle.
Pouvoir mouillant
Le pouvoir mouillant est la capacité d'un solide à mouiller, en effet par exemple l'eau s'étale plus sur du verre que sur du plastique. On peut dire que le plastique est plus hydrophobe que le verre.
La mouillabilité se détermine grâce à un angle de contact θ.
Si θ=0 alors le liquide mouille parfaitement. Si θ<90 le liquide mouille partiellement. Et si θ>90 le liquide ne mouille pas.
La mouillabilité de notre peau dépend des personnes, une peau hydratée aura tendance à avoir une meilleure mouillabilité qu'une peau sèche, elle, à tendance hydrophobe.
Une forte tension superficielle permet une forte mouillabilité, ainsi une faible tension superficielle engendre une faible mouillabilité.