ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхностная энергия из "Курс коллоидной химии 1995" Для плоского поверхностного слоя величина о не зависит от положения разделяющей поверхности. Это утверждение доказывается в работе Гиббса. Определение а как удельной работы образования поверхности или удельной избыточной свободной поверхностной энергии было дано около ста лет назад. Однако эта величина была введена в физику значительно раньше (еще до появления понятия энергии) в качестве поверхностного натяжения, т. е. силы, стягивающей гипотетическую пленку (аналогичную эластичной пленке) на поверхности жидкости и противодействующей ее растяжению. [c.55] Размерности в обоих определениях должны совпадать. Действительно Дж/м2 = Н м/м м = Н/м эрг/см = дин см/см X Хсм=дин/см. Таким образом, о может быть представлена как стягивающая сила, направленная тангенциально и отнесенная к единице длины контура. [c.56] Оба определения вполне эквивалентны, поскольку работу увеличения поверхностного слоя в тангенциальной плоскости всегда можно формально представить как работу против силы, действующей в этой плоскости. Поэтому для поверхностного слоя действительны уравнения механического равновесия упругой пленки, известные из механики, и а может быть выражена строго через две компоненты (тангенциальную и нормальную) тензора давления. Следует заметить, что никаких особых сил, отличных от межмолекулярных, в поверхностном слое нет. [c.56] Ввиду отсутствия особых сил проводимую иногда аналогию поверхностного слоя с эластичной пленкой нельзя принимать буквально, тем более что при растяжении такой пленки сила возрастает пропорционально деформации (по закону Гука), тогда как для однородной границы жидкость — газ а = onst независимо от s. Тем не менее силовая трактовка а, основанная на строгих законах механики, является столь же правомерной, как и энергетическая. [c.56] Таким образом, величина S является температурным инвариантом. Благодаря этому свойству удельная поверхностная энергия — одна из важнейших характеристик межмолекулярных сил в чистых жидкостях. Для воды (при 20°С) а = 72,75Х ХЮ Дж/м , или 72,75 эрг/см = 118,0 эрг/см (от 4 до 100 °С). [c.57] Величина а (измеряемая непосредственно и используемая обычно чаще, чем S )—также важнейшая молекулярная константа (при Т = onst), характеризующая полярность жидкости. В учении о поверхностных явлениях термином полярность обозначают интенсивность поля молекулярных сил. [c.57] Эта характеристика межмолекулярного сцепления связана в основном с такими параметрами жидкости, как дипольный момент х, поляризуемость а и диэлектрическая проницаемость е. [c.57] Наблюдаемые отступления показывают, что наряду с электростатической существуют и другие компоненты молекулярных сил, проявляющиеся, в частности, для молекул с двойными связями (СбНб, СбНбГ Нг). Отметим, что ртуть не является электрически полярной (дипольной) жидкостью, однако интенсивность силового поля для Нд весьма велика. [c.58] Например, для границы вода — бензол ажг относится к насыщенному раствору бензола в воде, Ожг — к насыщенному раствору воды в бензоле. [c.58] С уменьшением разности полярностей взаимная растворимость жидкостей чаще всего увеличивается, свойства сосуществующих фаз, и, следовательно, значения ожг и стжг становятся все более близкими и ажж уменьшается — в пределе до нуля с исчезновением межфазной границы. Последнее наступает при достижении неограниченной растворимости. [c.58] Рассмотрим далее трехфазные системы, например каплю жидкости на твердой поверхности или пористое тело, частично заполненное жидкостью. В таких системах сосуществуют три объемные фазы, разделенные и в то же время связанные тремя поверхностными слоями, каждый из которых характеризуется собственным, независимым от других значением о (или ). Их соотношение определяет условия сосуществования объемных фаз, в частности условия механического равновесия. От этих величин зависит и поведение жидкости на поверхности твердого тела будет ли она растекаться или, наоборот, собираться в капли. [c.59] Вернуться к основной статье