ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхностное натяжение и поверхностная свободная энергия из "Физическая химия поверхностей" Тема данной книги, как следует из ее названия, — физическая химия поверхностей. Напомним, хотя это достаточно очевидно, что мы всегда имеем дело с поверхностями раздела между двумя фазами и что Б общем случае на свойства этой поверхности влияют изменения в любой из двух контактирующих фаз. [c.9] Необходимым общим условием стабильного существования поверхности раздела между двумя фазами является положительное значение свободной энергии образования поверхности раздела будь она отрицательной или нулевой, случайные флуктуации вызывали бы непрерывное расширение поверхности и в конце концов привели бы к полному диспергированию одного материала в другом. Примерами поверхностей раздела, свободная энергия которых в расчете на единицу площади такова, что диспергирующим силам не оказывается какого-либо противодействия, являются поверхности раздела между двумя разреженными газами, двумя смешивающимися жидкостями или твердыми телами. Даже в случае двух несмешивающихся жидкостей присутствие соответствующего третьего компонента может так влиять на свободную энергию межфазной поверхности, что происходит самопроизвольное эмульгирование (см. разд. ХП-5). [c.9] Понятие капиллярность относится к поверхностям раздела, которые достаточно подвижны для образования равновесной формы. Наиболее характерными примерами являются мениски и капли, образованные жидкостями на воздухе или в другой жидкости, и тонкие пленки, например пленка, образующая мыльный пузырь. Поскольку капиллярность связана с равновесными конфигурациями, учение о капиллярности занимает определенное место в общей системе термодинамики и рассматривает макроскопическое и статистическое поведение поверхностей раздела, а не детали их молекулярной структуры. [c.9] В результате мы приходим к важному выводу чем меньше пузырь, тем больше разность между давлением воздуха внутри пузыря и снаружи. Этот вывод легко проверить экспериментально, соединив пузыри общей воздущной линией, как показано на рис. 1-3. Такая система неустойчива меньший из двух пузырей сжимается, а больший расширяется. Заметим, однако, что меньший пузырь не будет сжиматься бесконечно. После того как его радиус станет равным радиусу трубки, он начнет увеличиваться, пока радиусы обоих пузырей не станут равными. [c.10] Это конечное состояние, показанное пунктирными линиями, является механически равновесным. [c.11] Следует отметить, что обычно у определяют как поверхностное натяжение одинарной поверхности раздела. Поэтому при описании мыльных или других двусторонних пленок в уравнениях (1-1) и (1-2) вместо у лучше использовать величину 2 . [c.11] Приведенные примеры показывают, что равновесные поверхности можно описывать, используя либо концепцию поверхностного натяжения, либо математически эквивалентную ей концепцию поверхностной свободной энергии. (В одном из упражнений в конце этой главы предлагается вывести уравнение (1-4), исходя из представления о поверхностном натяжении.) Эта математическая эквивалентность сохраняется во всех капиллярных явлениях. Как отмечается в разд. П-2, подобную двойственность можно предполагать и на молекулярном уровне, так что решение вопроса, какая из двух концепций — поверхностное натяжение или поверхностная свободная энергия, является более приемлемой— дело вкуса. В данной книге эти два термина обычно используются как равнозначные. [c.11] Термин поверхностное натяжение является более ранним он воз-врашает нас к старым представлениям о том, что поверхность жидкости как бы стянута своего рода оболочкой. Однако при этом может сложиться ошибочное впечатление, что при растяжении поверхности жидкости молекулы, находящиеся на поверхности, переходят в более напряженное состояние. Из термина поверхностная свободная энергия следует только, что для образования дополнительной поверхности, т. е. для переноса молекулы из объема фазы в поверхностный слой, требуется определенная работа. По этой причине, а также вследствие того, что термин поверхностная свободная энергия легче связать с обычным языком химической термодинамики, автор считает, что следует отдать предпочтение именно этому понятию. [c.11] Уравнение (1-7) представляет собой основное уравнение теории капиллярных явлений, и оно широко используется в данной главе. [c.13] Если радиусы кривизны равны, т. е. поверхность сферическая, уравнение (1-7) сводится к уравнению (1-4). Для плоской поверхности оба радиуса бесконечны и, следовательно, ЛР равна нулю. Таким образом, на обеих сторонах плоской поверхности давления равны. [c.13] Вернуться к основной статье