Oberflächenenergie

Die Oberflächenenergie ${\displaystyle \gamma }$ ist ein Maß für die Energie, die zum Aufbrechen der zwischenmolekularen Bindungen notwendig ist, wenn eine neue Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers erzeugt wird. Sie ist definiert als die Energie ${\displaystyle E}$, die zum Erzeugen der Oberfläche je Flächeneinheit ${\displaystyle A}$ aufgewendet werden muss:

${\displaystyle \gamma ={\frac {E}{A}}.}$

Die SI-Einheit der Oberflächenenergie ist J/m².

Obwohl meist der Begriff „Oberflächenenergie“ verwendet wird, muss (außer beim absoluten Nullpunkt) eigentlich die freie Energie der Oberfläche betrachtet werden. Der Unterschied ist jedoch oft gering und kann dann vernachlässigt werden.

Die Oberflächenenergie ist immer positiv

${\displaystyle \gamma >0,}$

weil Energie benötigt wird, um Bindungen aufzubrechen. Da der thermodynamisch stabile Zustand eines Systems derjenige mit der geringsten (freien) Energie ist, hat jedes System ein Bestreben, Oberflächen hoher Oberflächenenergie zu vermeiden oder zu minimieren. Daraus folgt beispielsweise, dass Materialien hoher Oberflächenenergie leicht durch Materialien geringer Oberflächenenergie bedeckt werden (Benetzung), aber nicht umgekehrt. Als grobe Regel kann gelten, dass Materialien mit starken Bindungen (diese haben meist einen hohen Schmelz- und einen hohen Siedepunkt) höhere Oberflächenenergien haben als schwächer gebundene Materialien. Außerdem spielt die Polarität eine wichtige Rolle: Polare Materialien haben eine höhere Oberflächenenergie als unpolare Materialien. Dies hat zur Folge, dass Kunststoffe schwer zu bedrucken, zu benetzen oder zu verkleben sind.