En vätskas ytspänning är ett mått på de kohesiva krafterna som håller samman molekylerna. Det är ansvarigt för en vattendroppe som antar en sfärisk form och för effekterna av ytaktiva ämnen för att producera bubblor och skum. Värdet på vattenytans ytspänning vid rumstemperatur är känt exakt till fyra signifikanta siffror och rekommenderas som standard för kalibrering av andra enheter. Ny forskning där Ines Hauner och Daniel Bonn (Institute of Physics) är involverade visar nu att detta värde inte är så universellt som man tidigare trott.

De senaste experimenten visar, förvånansvärt, att en nyskapad, orörd luft/vatten-gränsyta har en ytspänning som är ungefär 25 % högre än jämviktsvärdet, vilket är känt för att vara 72,75 mN/m. Forskare från Amsterdam, Bordeaux och Sydney visar att ett friskt ojämvikt luft/vatten-gränssnitt har en ytspänning på cirka 90 mN/m. De använde en höghastighetsvideokamera för att observera utsläppet av en vattendroppe till följd av att vätskehalsen som förbinder droppen med öppningen bryts upp - se bild. Deras analys av uppbrottsdynamiken på en millisekunds tidsskala ger en ytspänning på runt 90 mN/m.

Förr, liknande ytspänningsvärden som var högre än jämvikt för vatten hade faktiskt rapporterats på så korta tidsskalor. Dock, de har alla förblivit mycket kontroversiella på grund av metodologiska brister. I kontrast, Professor Bonn säger att "metoden för att studera droppuppdelningen avstår från de tidigare svårigheterna:den experimentella proceduren är mycket robust, och den tillhörande nypningsdynamiken är väl förstått."

Varför har en så stor diskrepans förbisetts så länge? Anledningen är att livslängden för det orörda tillståndet är mindre än en millisekund. Äldre teknologier har långsammare svarstider; endast moderna metoder undersöker mikrosekundregimer. En annan anmärkningsvärd aspekt av denna upptäckt är effektens storlek. När natriumklorid eller natriumhydroxid tillsätts vatten i en koncentration av en mol per liter, jämviktsytspänningen ändras med endast ca 2 mN/m. I kontrast, effekten som rapporterats i de nya experimenten ger en förändring på 17 mN/m. Detta är mycket större än konsekvensen av någon elektrolyteffekt och måste involvera strukturen hos gränsytvattnet.

Det finns djupgående konsekvenser av denna upptäckt för alla processer som involverar vatten på under millisekunders tid. Till exempel, Hela händelseförloppet i bläckstråleutskrift sker inom detta tidsintervall och involverar vattenhaltiga bläck som bildar droppar vid MHz-frekvenser. Många sprutapplikationer där vatten används bör också påverkas:ett högt värde på spänningen bör göra det svårare att producera små droppar. Dessutom, det finns en omfattande litteratur som försöker förklara värdet på vattenytans ytspänning på 73 mN/m, men hittills har ingen ansett att den orörda ytan har ett ännu högre värde.