ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Резкость границы жидкой фазы из "Физика и химия поверхностей" В пределах жидкой фазы каждая молекула окружена со всех сторон другими молекулами и потому испытывает притяжение во всех направлениях. В среднем, за промежутки времени, достаточно большие по сравнению с периодом колебаний молекул, это притяжение во всех направлениях одинаково. У поверхности, однако, условия совершенно другие. Молекулы, расположенные вблизи поверхности, испытывают со стороны своих соседей притяжение, направленное вовнутрь и в стороны, но не испытывают уравновешивающего притяжения со стороны газообразной фазы, заключающей 8 себе слишком мало молекул. Таким образом, каждая поверхно-шная молекула испытывает сильное притяжение, направленное тутрь жидкости нормально к поверхности. [c.12] Эта свободная энергия поверхности имеет первостепенное значение. Огромное число задач, относящихся к равновесию поверхностей, требует для своего решения лишь знания значения этой свободной энергии. При решении таких задач, в целях упрощения, неизменно вводится искусственное понятие гипотетического поверхностного натяжения , действующего во всех направлениях вдоль поверхности и численно равного свободной поверхностной энергии. Математически всегда возможна замена понятия свободной энергии единицы поверхности понятием поверхностного натяжения, действующего тангенциально к поверхности. Размерности этих величин, разумеется, совпадают (масса время ) так же, как и их числовые значения работа увеличения площади поверхности на 1 см при натяжении в дан см будет также равна ( эрг см- отсюда и свободная энергия такой поверхности будет равна эрг1см . [c.13] Эта замена понятия свободной энергии единицы поверхности гипотетическим поверхностным натяжением является противоположностью применения математического метода принципа возможных перемещений в статике, где вычисления зачастую упрощаются путём рассмотрения изменений энергий при малом перемещении системы и приравнивания суммы этих изменений нулю для получения условия равновесия. В системах, состоящих из поверхностей жидкостей, условия равновесия могут быть получены путём сложения приращений свободной энергии этих поверхностей при изменении их площадей гораздо проще, однако, игнорировать эти изменения площадей и исходить из представления о том, что каждая из поверхностей оказывает некоторое поверхностное натяжение , приложенное к их границам, так как равновесие натяжений обычно самоочевидно. При рассмотрении тех свойств поверхностей, которые связаны исключительно с существованием свободной поверхностной энергии, можно всегда пользоваться понятием поверхностного натяжения. Неотъемлемым свойством поверхностей является свободная поверхностная энергия, обусловленная втягиванием молекул с поверхности. Поверхностное же натяжение представляет собой лишь математиче ское понятие, эквивалентное поверхностной энергии. [c.13] Поверхность раздела между двумя жидкостями обычно обладает положительной свободной энергией, но возможны условия, в которых эта энергия становится отрицательной. Если предположить, что самопроизвольное сокращение поверхности раздела при положительном поверхностном натяжении обусловлено наличием на этой поверхности упругой растянутой плёнки, то поверхности раздела с отрицательным поверхностным натяжением должны представлять собой упруго сжатые плёнки и должны самопроизвольно расширяться. Это должно приводить к образованию морщин и складок поверхности раздела при её расширении. Но смешивание соприкасающихся жидкостей происходит вовсе не путём образования таких складок на поверхности раздела, а путём диффузии молекул сквозь эту поверхность, Одно из замечаний Клэрка Максвелла по это.му вопросу было неправильно понято, как указание на возможность такого механизма смешения жидкостей, хотя, конечно, в действительности Максвелл не имел его в виду, и упрёк, сделанный ему за это Кельвином являлся незаслуженным. Недавно этот вопрос возник вновь в связи с сообщением о наблюдённом якобы случае смешивания жидкостей путём образования складок на их первоначальной поверхности раздела. [c.14] В дальнейшем, однако, было доказано, что это явление ( баро-форез ) представляет собой лишь результат токов в соприкасающихся жидкостях, обусловленных изменениями плотности вследствие различия в скоростях диффузии в двух применявишхся растворах и не имеет никакого отношения к капиллярным силам. [c.14] Попытки объяснить поверхностные явления в чистых жидкостях с точки зрения тангенциального натяжения поверхности до сего времени имеют место довольно часто. При этом можно отметить две тенденции в этих попытках. Некоторые авторы считают, что силовые поля поверхностных молекул деформированы таким образом, что эти молекулы образуют дискретную, но прочно связанную структуру в виде плёнки, в которой межмолекулярные силы притяжения направлены преимущественно тангенциально к поверхности, а не равномерно во все стороны. Помимо того, что такое искажение силовых полей трудно было бы объяснить иначе, как приписав молекулам совершенно особую ориентацию на поверхности, можно думать, что столь прочно сотканная поверхностная ткань должна скорее затруднять, чем облегчать сокращение поверхности, так как существенное условие сокращения поверхности заключается в выталкивании из неё молекул, а особо прочная связь между поверхностными молекулами препятствовала бы такому выталкиванию. Этот пример вскрывает противоречивость теории, стремящейся приписать физическую реальность чисто математическому понятию поверхностного натяжения. [c.15] Другая разновидность теории поверхностных явлений, будучи математически правильной, трудно поддаётся развитию с молекулярной точки зрения. Классическая теория капиллярности игнорирует дискретность материи — во всяком случае в такой мере, что допускает применение метода анализа бесконечно малых к поверхнО стному слою. [c.15] Раман и Рамдяс обнаружили некоторую незначительную остаточную эллиптичность, а также явления рассеяния света даже на чистейшей поверхности воды. Этот результат несколько расходится с данными Рэлея, но все эти авторы сходятся на том, что толщина переходного слоя имеет порядок одной молекулы. Незначительная эллиптичность в опытах Рамана и Рамдаса приписывается тепловому движению поверхностных молекул. [c.17] Другое подтверждение заключается в весьма большой плотности жирных плёнок, способных удерживаться на поверхности воды. Плотность этих плёнок почти равна плотности соответствующих веществ в объёме, причём они весьма прочно удерживаются на поверхности воды (гл. П), чего нельзя было бы ожидать, если бы поверхностный слой воды не обладал почти нормальной плотностью. [c.17] Среди теорий капиллярных явлений имели место и такие, в которых переход от жидкости к пару предполагался непрерывным. Как теперь можно утверждать, эти теории не согласуются с фактами = . [c.17] Вернуться к основной статье