Der Marangoni-Effekt (auch Gibbs-Marangoni-Effekt genannt) beschreibt den Transport von Flüssigkeiten an Grenzflächen aufgrund eines Gradienten der Grenzflächenspannung (Marangoni-Konvektion). Er ist nach dem italienischen Physiker Carlo Marangoni benannt. Dabei fließt Flüssigkeit mit niedrigerer Grenzflächenspannung in die Bereiche, wo die Oberflächenspannung höher ist, und strebt einen Ausgleich an. Der Gradient der Grenzflächenspannung kann durch unterschiedliche Temperaturen (thermischer Marangoni Effekt) oder unterschiedliche Konzentrationen von gelösten Stoffen insbesondere Tensiden entstehen. Die Stärke des Marangoni-Effekts wird durch die dimensionslose Marangoni-Zahl beschrieben. zentriert|mini|Marangoni-Effekt
Beispiele für den Marangoni Effekt Tränen im Weinglas Bei den Tränen im Weinglas, die nach Schwenken eines alkoholreichen Weins im Glas sichtbar werden, entsteht der Gradient in der Oberflächenspannung durch die Verdunstung von Alkohol in der dünnen Flüssigkeitsschicht am Glasrand. Dadurch steigt dort die Oberflächenspannung im Vergleich zur Hauptmenge im Glas. Das initiiert einen Fluss von der Hauptmenge im Glas zum Rand, bis die Gravitation überwiegt und der Tropfen zurückfließt. alternativtext=Tränen im Wein|zentriert|mini
Beeinflussung der Stabilität von Schaum Der Marangoni-Effekt kann durch Selbstheilung zur Stabilisierung von Schaum beitragen.J. Th. G. OVERBEEK "Flocculation and deflocculation stability of colloidal dispersions" In Surface and Coatings related to Paper and Wood. Syracuse University Press, Syracuse, New York (1967) 157 Wenn eine Schaumlamelle gedehnt wird, verringert sich die Konzentration an Tensiden im gedehnten Bereich und die Oberflächenspannung steigt. Dadurch wird ein Transport von Flüssigkeit mit höherer Tensidkonzentration in den gedehnten Bereich initiiert, was den ursprünglich gedehnten Bereich stabilisiert. Auf der anderen Seite kann der Marangoni-Effekt das schnelle Spreiten eines Öltröpfchen auf der Oberfläche einer Schaumlamelle bewirken, was diese zerstören kann („fluid entrainment“ Mechanismus). alternativtext=Schaumstabilisierung|zentriert|mini|Schaumstabilisierung
Emulsionsbildung und Stabilisierung Analog der Grenzfläche Flüssigkeit/Luft wirkt der Marangoni-Effekt auch an der Grenzfläche Wasser/Öl und stabilisiert Emulsionen, z. B. nach der Bildung eines größeren Tröpfchens aus zwei kleineren Tröpfchen, wobei es vorübergehend zu tensidfreien oder tensidarmen Grenzflächen kommen kann.
Reinigung von Wafern Bei der Reinigung von Wafern wird der Marangoni-Effekt für den Trocknungsschritt ausgenutzt. Dabei wird beim Herausnehmen des Wafers aus dem Bad ein Dampf eines organischen Lösungsmittels (z. B. Isopropylalkohol) auf den Wafer geblasen. Dadurch wird die Oberflächenspannung der mitgerissenen Flüssigkeit reduziert, was zusätzlich zur Gravitation einen Fluss in Richtung des Bades bewirkt. Alternativ wird der thermische Marangoni Effekt ausgenutzt, um die Verwendung von brennbaren Dämpfen zu vermeiden.
Ölförderung Der Marangoni-Effekt verbessert die Wirksamkeit von chemischen Methoden und Gaseinpressung bei der tertären Ölgewinnung und reduziert den Anteil an nicht förderbaren Öl. Er erhöht die Geschwindigkeit des Stofftransport zwischen zwei Phasen sowohl in gasförmig/flüssig als auch flüssig/flüssig Systemen also sowohl bei Verfahren mit Gasinjektion als auch bei chemischen Verfahren, die angewandt werden, wenn die Ölförderung mit konventionellen Verfahren nicht mehr möglich ist.
Metallschmelzen Der Marangoni-Effekt ist in geschmolzenen Metallen aufgrund der hohen Oberflächenspannung und hohen thermische Leitfähigkeit bedeutsam. Der Effekt kann an den Phasengrenzen flüssig/gasförmig oder auch flüssig/flüssig (bei inkompatiblen Metallen) auftreten. Ursache können Temperaturdifferenzen oder auch chemische Unterschiede sein. Die Oberflächenspannung sinkt mit steigender Temperatur, so dass ein Masse- und auch Wärmetransport von heißeren Bereichen (mit niedrigerer Oberflächenspannung) zu kühleren Bereichen (mit höherer Oberflächenspannung) induziert wird. Durch den Marangoni-Effekt induzierte Strömungen können das Fließverhalten (wenn große thermische Unterschiede auftreten) dominieren und die Dynamik in der Schmelze steuern. Das beeinflusst das Verhalten in der Schmelze und z. B. beim SchweißenZaki Saptari Saldi: Marangoni driven free surface flows in liquid weld pools. Dissertation, Delft University of Technology 2012, ISBN 978-94-6190-980-0. Abgerufen am 21. Juli 2026.. Bei der Eisen- und Stahlproduktion beeinflusst der Marangoni-Effekt z. B. das Fließverhalten der Schlacke.
Einzelnachweise
Kategorie:Grenzflächenchemie Kategorie:Wikipedia:Artikel mit Video