A Introduction

1 Définition

Considérons une enceinte de volume V, contenant des constituants $i$, séparés en deux phases $I$ et $II$, l'aire de la surface qui les sépare étant égale à $A$.

La tension superficielle qui existe entre les deux constituants est :

$$\boxed{\gamma_{I-II}=\left(\frac{\dr F}{\dr A}\right)_{T,V,N_i(,\text{déformation})}}$$ (2.1)

On considère l'énergie libre, car elle donne directement le travail nécessaire pour modifier la surface. Nous verrons également plus loin pourquoi cette définition est parfaitement adaptée.

Notons que dans un solide, le calcul de $\D F$ doit tenir compte de $\gamma$ et de la déformation du matériau, beaucoup plus délicate à estimer.

2 Valeurs courantes

Voici quelques ordres de grandeur des valeurs de $\gamma$ couramment rencontrées :

• Dans un liquide organique, l'énergie d'interaction caractéristique est de l'ordre de $k_BT$. L'ordre de grandeur de $\gamma$ nous est donc donné par :
  

  $$\gamma = \frac{k_BT}{a^2},$$ (2.2)

  
  
  où $a$ est la taille moléculaire. Typiquement, les valeurs sont de quelques $10^{-2}$ J.m^-2. Par exemple, 18 à 25.10$^{-3}$ J.m^-2 dans les alcanes.
• Dans l'eau, les molécules sont liées entre elles par des liaisons hydrogène, $\gamma$ est donc très grand : 72.10$^{-3}$ J.m^-2.
• Dans un solide moléculaire organique, les ordres de grandeur sont les mêmes ; la surface est dite de basse énergie.
• Sur les métaux, les cristaux ioniques, les semiconducteurs, on a des surfaces de haute énergie : de 500 à 3000.10$^{-3}$ J.m^-2.
• Dans le mercure, à la fois liquide et métal, $\gamma = 480.10^{-3}$ J.m^-2.