Поверхностная энергия Гиббса. Поверхностное натяжение

Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение твердых тел. Поверхность твердого тела и поверхность раздела между твердым телом и другой фазой характеризуются поверхностной энергией. Гиббса и поверхностным натяжением. [c.262]

Уравнение (П.21) называется уравнением Гиббса—Гельмгольца. Оно связывает полную поверхностную энергию с энергией Гиббса (поверхностным натяжением). Из этого уравнения следует, что для определения полной поверхностной энергии необходимо знать зависимость поверхностного натяжения от температуры. Конкретную зависимость можно получить только экспериментально. Однако качественные выводы можно сделать из уравнения (11.20). Как было уже указано, для индивидуальных веществ теплота qs всегда положительна, а это значит, что температурный [c.27]

Определите энергию Гиббса поверхности 5 г тумана воды, если поверхностное натяжение капель жидкости составляет 71,96 мДж/м , а дисперсность частиц 60 мкм . Плотность воды примите равной 0,997 г/см . [c.33]

Рассчитайте энергию Гиббса образования зародыша критического размера в пересыш,енном растворе кремниевой кислоты, полученной из водного раствора силиката натрия с помощью ионного обмена. Поверхностное натяжение на границе кремнезема с водой примите равным 45 мДж/м . Коэффициент пересыщения раствора равен 3. Плогность частиц 1,8 г/см . [c.182]

Определение удельной поверхностной энергии Гиббса и поверхностного натяжения твердых тел представляет значительно более трудную задачу, и методы, как правило, менее точны, чем для жидкостей. Прямые методы (расщепление) дают очень приближенные значения определяемых параметров. Возможен расчет на основе теории элементарной решетки, но он тоже не является точным. [c.25]

Аддитивными методами можно рассчитывать как термодинамические величины (например, критические постоянные, мольную теплоемкость, энтальпию, энтропию, свободную энергию образования Гиббса, теплоту испарения, поверхностное натяжение, мольный объем, плотность и т. д.), так и молекулярные коэффициенты (коэффициенты вязкости, теплопроводности, диффузии). [c.84]

Мерой энергии Гиббса поверхности является поверхностное натяжение. Вещества, которые интенсивно адсорбируются на поверхностях раздела фаз и понижают поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). [c.158]

Поверхностные свойства растворов. Поверхностные свойства растворов отличаются от поверхностных свойств чистых жидкостей прежде всего тем, что состав поверхностного слоя в той или иной степени отличен от состава внутренних слоев раствора. Поверхностное натяжение раствора может сильно зависеть от состава поверхностного слоя, и самопроизвольно протекающим процессом будет повышение содержания в поверхностном слое того из компонентов раствора, прибавление которого понижает поверхностное натяжение и тем уменьшают общую энергию Гиббса системы. Этому процессу противодействует процесс диффузии, обусловленный тепловым движением молекул, способствующий выравниванию концентраций по всем участкам раствора. В результате этих двух противоположно направленных процессов и достигается равновесие. При равновесии различие между составом поверхностного слоя и составом раствора в целом тем больше, чем больше различаются компоненты по своему влиянию на поверхностное натяжение. Компонентом, снижающим поверхностное натяжение раствора, большей частью является тот, который в чистом состоянии обладает меньшим поверхностным натяжением. [c.500]

Таким образом, при адсорбции газа на твердой поверхности изменение энергии Гиббса обусловлено изменением поверхностного натяжения на границе раздела фаз и изменением химического потенциала газа-адсорбата. Процесс адсорбции идет самопроизвольно, и поэтому величина AGs отрицательна, отрицательны и ее составляющие. [c.38]

На процесс м1щеллообразования в водных растворах существенно влияет структура воды, которая способствует выталкиванию углеводородных радикалов из раствора одновременно частично разрущается структура воды. Благодаря дифильному строению молекул ПАВ углеводородные радикалы, взаимодействующие между собой в мицеллах, экранируются полярными гидрофильными группами. Поэтому происходит самопроизвольное мицеллообразование с минимальным поверхностным натяжением на границе раздела мицелла—вода, сопровождающееся умень-и]ением энергии Гиббса системы. Эффектом экранирования объясняется уменьщение энтальпии в процессе мицеллообразования. Взаимодействие отдельных частей молекулы ПАВ в молекулярном растворе с растворителем характеризуется различным изменением энтальпии лиофильная часть взаимодействует с выделением теплоты, лиофобная — с поглощением теплоты. Именно поэтому энтальпия растворения ПАВ имеет небольшие положительные илн отрицательные значения (чаще всего для водных растворов она положительна). В мицеллярном растворе экранирование лнофоб-ных групп приводит к уменьшению поглощения теплоты, т. е. н снижению энтальпии системы по отношению к энтальпии образования истинного раствора. Так как мицеллообразование является процессом возникновения новой фазы, то его можно сравнить с расслоением системы, т. е. с процессом ее упорядочения. Для таких процессов характерно уменьшение энтропии. Таким образом, самопроизвольное мицеллообразование по сравнению с образованием молекулярного раствора обусловлено уменьшением энтальпии [см. уравнение (УГ25)]. [c.297]

По мере раздробления вещества быстро возрастает число частиц, одновременно растет общая и удельная поверхность, а также запас свободной поверхностной энергии в системе. Поэтому в дисперсных системах самопроизвольно протекают адсорбционные процессы, понижающие свободную энергию систем. В растворах адсорбция сопровождается изменением поверхностного натяжения. Адсорбция Г на границе раствор — газ количественно характеризуется избытком вещества (кмоль/м ) в поверхностном слое. Поверхностный избыток Г определяют по изменению поверхностного натяжения, используя уравнение Гиббса [c.159]

Из-за несимметричности силовых полей на границе раздела между фазами энергия Гиббса на поверхности выше, чем в объеме фаз. Из второго закона термодинамики (см. гл. И) следует, что любые процессы протекают самопроизвольно, если они сопровождаются уменьшением энергии Гиббса. Поэтому конденсированные фазы стремятся принимать такие формы, в которых удельная поверхность минимальна. Например, капли жидкости принимают сферическую форму, где отношение величины поверхности к объему минимально. По этой же причине любые процессы, ведущие к уменьшению поверхностного натяжения, являются самопроизвольными. Поверхностное натяжение — важная характеристика (физико-химическая) твердых и жидких тел. [c.171]

Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Поверхностный слой, возникающий на границе раздела различных фаз, согласно Гиббсу, представляет собой промежуточную фазу толщиной в несколько молекулярных диаметров. В этом слое свойства сильно различаются от точки к точке (рис. 10.1). В ряде случаев поверхностный слой имеет толщину, примерно равную диаметру молекулы, и в этом случае его называют мономолекулярным. [c.423]

Уравнение Гиббса. Поверхностное натяжение а растворов обычно отличается от а чистого растворителя (см. гл. И). Растворенное вещество может не изменять а растворителя, повышать и понижать а. Поверхностная свободная энергия стремится к минимуму, поэтому при повышении а вегцество будет удаляться с поверхности внутрь жидкости. Полному удалению молекул растворенного вещества с поверхности препятствует тепловое движение, под действием которого вещество стремится к равномерному распределению в объеме. Под влиянием этих двух факторов устанавливается равновесие, в результате которого концентрация вещества в поверхностном слое уменьшается по сравнению с концентрацией в объеме. Если растворенное вещество снижает ст, то концентрация его в поверхностном слое увеличивается. [c.241]

А. И. Русанов [146] отмечает, что вопрос о влиянии на поверхностное натяжение кривизны поверхности разрыва занимает одно из центральных мест в теории искривленных поверхностей. Рассмотрению его посвящено много работ [131, 147—152], однако мнения различных авторов по поводу даже качественной характеристики зависимости поверхностного натяжения от кривизны поверхности разрыва часто расходятся. А. И. Русанов объясняет это положение многочисленными ошибками в понимании метода Гиббса и невозможностью экспериментально проверить высказанные предположения, поскольку зависимость поверхностного натяжения от кривизны поверхности разрыва начинает практически обнаруживаться при чрезвычайно малых радиусах кривизны. На основе проведенного анализа А. И. Русанов делает вывод, что существование минимума поверхностного натяжения в области малых радиусов кривизны следует признать невозможным, а в области средних радиусов — маловероятным. Поэтому маловероятным считает он и то, что на кривой зависимости свободной энергии от дисперсности появится минимум, обеспечивающий термодинамическую устойчивость дисперсной системы, за счет минимума функции удельной свободной поверхностной энергии от кривизны поверхности разрыва. [c.22]

Уравнение Гиббса [I—4]. Поверхностные свойства растворов отличаются от поверхностных свойств чистых жидкостей и сильно зависят от состава поверхностного слоя. При растворении вещества, обладающего меньшим поверхностным натяжением, чем чистый растворитель, самопроизвольно понижается поверхностное натяжение раствора, так как уменьшается свободная энергия системы. Концентрация растворенного вещества в поверхностном слое по сравнению с его концентрацией в объеме раствора увеличивается. Вещества, повышающие поверхностное натяжение раствора, наоборот, содержатся в поверхностном слое в меньшей концентрации, чем в объеме. [c.27]

Если поверхностно-активное вещество не проявляет заметно ионогенных свойств, то оно будет лучше адсорбироваться на слабо заряженных поверхностях, т. е. вблизи точки нулевого заряда, где больше поверхностное натяжение. Это связано с тем, что именно при этих условиях в результате адсорбции произойдет наибольшее уменьшение энергии Гиббса поверхностного слоя. Экспериментальные данные полностью подтверждают этот вывод (рис. И. 11). Максимум электрокапиллярной кривой в присутствии ПАВ снижается, становится менее четким, но не сдвигается ио оси потенциала. Такая закономерность позволяет использовать метод, основанный на адсорбции неионогенных ПАВ, для нахождения точки нулевого заряда. Ионогенные вещества, ионы которых значительно отличаются по поверхностной активности, могут сдвигать точку нулевого заряда в ту или иную сторону по оси потенциала. Например, анионы 0Н , ЗО , СО3 , НРО не являются поверхностно-активными на границе вода — ртуть (они сильно гидратированы и к ртути не имеют специфического сродства) и поэтому [c.52]

Такие дифильные молекулы, способные взаимодействовать одновременно с полярными и неполярными средами, самопроизвольно накапливаются па границах раздела фаз, понижая энергию Гиббса поверхности и образуя адсорбционный слой определенной структуры. В адсорбционных слоях молекулы ПАВ ориентируются полярными группами в сторону полярной среды (воды), а гидрофобной неполярной частью — в сторону менее полярной фазы (воздуха, углеводородной жидкостн). По мере заполнения поверхности раздела вода — воздух молекулами ПАВ поверхностное натяжение на этой границе резко снижается. В разреженных адсорбционных слоях молекулы ПАВ располагаются вдоль поверхности. Такое расположение ПАВ приводит к наибольшему экранированию молекул воды и обеспечивает минимальное поверхностное натяжение раствора. [c.41]

Теоретическое пояснение. Границы раздела фаз характеризуются удельной энергией Гиббса поверхности. Удельной называют поверхностную энергию, приходящуюся на единицу поверхности фазовой границы. Эта величина численно равна поверхностному натяжению а. [c.159]

Расчет константы К . Чтобы воспользоваться уравнением (76) для определения инкремента энергии Гиббса мицеллообразования, необходимо знать величину К . Ее определяют графическим способом. Строят изотермы поверхностного натяжения в координатах а — 1п С для гомолога, исследованного при различной концентрации противоионов. По изотермам определяют значения ККМ и записывают в таблицу по нижеприведенной форме. В нее включают также данные для образца, не содержащего постороннего электролита, принимая, что в этом случае i = KKM.. [c.137]

Работу, затрачиваемую на изотермическое и обратимое образование единицы новой поверхности раздела фаз и равную изменению энергии Гиббса в соответствующем процессе, называют поверхностным натяжением а). [c.292]

Все самопроизвольные процессы происходят в направлении уменьшения энергии Гиббса. Аналогично на границе раздела фаз самопроизвольно происходят процессы в направлении ул еньшения свободной поверхностной энергии, равной произведению ее поверхностного натяжения а) на площадь поверхности (5). Во всех системах произведение <75 стремится к минимальному значению, возможному для данной системы при сохранении постоянства ее объема. Вследствие этого дисперсные системы принципиально термодинамически неустойчивы. [c.293]

Это уравнение Дж. Гиббс назвал фундаментальным уравнением термодинамики. В нем изменение внутренней энергии системы выражено через сумму однотипно построенных произведений Т, р, электрического потенциала ф, поверхностного натяжения а и других обобщенных сил (Як) на изменения 5, V, заряда е, площади поверхности Й и других обобщенных координат (Хк). При этом все переменные относятся к исследуемой системе. [c.82]

Рассмотрим в качестве примера случай насыщенного пара, который был быстро и адиабатически сжат до давления Р. Это давление является избыточным в срависнпи с равновесным давлением пара Ро при данной темиературе Т. Для образования жидкости должен начаться рост маленьких капелек. Если, однако, мы будем считать, что в парах присутствуют только чрезвычайно маленькие капельки жидкой фазы, то они будут иметь некоторый избыток свободной энергии в сравнении с жидкостью в объеме. Эта избыточная энергия возникает за счет увеличения поверхности. Величина избыточной поверхностной энергии равна 4л/-2ст, где ст — поверхностное натяжение, а г — радиус каили. Для того чтобы капля и пар находились в равновесии, давление пара Р должно превышать давление насыщенного пара Ро на величину, которая может быть вычислена но уравненик Гиббса — Кельвина [c.558]

При площади поверхности раздела фаз S и поверхностном натяжении о поверхностная энергия Гиббса [c.304]

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ — энергия, необходимая для образования единицы новой поверхности. Количественно П. э. может быть определена из общего выражения для внутренней энергии системы и—Р- Т8. В применении к процессу образования новой новерхности [/—П. э., F поверхностное натяжение (обознач. а) а ТЗ — тепловой эффект процесса. Т. к. 3 = , то Гиббса — Гельмгольца уравнение [c.49]

Стремление системы к уме п шению поверхностной энергии Гиббса выражается в самопроизвол1,пом уменьшении межфазной поверхности (изменение формы и кривизны, проявление процессов коагуляцип, коалесценции и др.) и уменьшении иоверхностного натяжения (проявление процессов адсорбции, адгезии и смачивания, возникновение электрического потенциала и др.). [c.8]

Гиббс в 1878 г. [9] показал, что форма маленького кристалла, находящегося в равновесии с раствором, должна удовлетворять условию минимума где 01 — удельная межфаз-ная поверхностная энергия грани г (поверхностная энергия на единичную площадь грани), А — площадь этой грани. Если рост (или растворение) осуществляются в сильно неравновесных условиях, форма кристалла также будет отличаться от равновесной. Удельную межфаэную поверхностную энергию иногда называют капиллярной постоянной, а чаще межфазным поверхностным натяжением. Вульф предложил простой метод изображения зависимости ст в кристалле от направления. На фиг. 3.5 изображена так называемая диаграмма Вульфа для гипотетического кристалла. Она дает в полярных координатах главное сечение приблизительно сферической поверхности, изображающей полную зависимость свободной поверхностной энергии от направления. Расстояние от центра пропорционально энергии 0 в данном направлении. Если в каждой точке диа- [c.100]

Наиболее часто поверхностное натяжение выражают через производную от энергии Гиббса, ибо условия р и Т — onst легко [c.22]

Термодинамические потенциалы единицы иоверхности не меняются с изменением площади поверхности для индивидуальных веществ (<305/(35 = 0), и поэтому для них энергия Гиббса поверхности линейно связана с площадью поверхности вплоть до очень больших удельных поверхностей. Это значит, что поверхностное натял<ение индивидуальных веществ является в то же время удельной энергией Гиббса поверхности (энергией Гиббса, приходящейся на единицу площади поверхности). У растворов удельная энергия Гиббса иоверхности зависит от удельной поверхности, так как меняется состав поверхностного слоя, и поэтому в соответствии с уравнением (П. 12) она не может быть равна поверхностному натяжению. [c.23]

Ранее было дано определение поверхностного натяжения как частной производной от энергии Гиббса по площадн поверхности при постоянных Т, р и Пг. Если постоянство Тир осуществить легко, то обеспечить равенство числа молей вещества в единице объема поверхностного слоя и объемной фазы практически невозможно. Это можно только представить. На самом же деле происходит самопроизвольное формирование поверхностного слоя со [c.36]

Появление заряда в метастабильиой системе также приводит к снижению энергии Гиббса образования зародышей. В соответствии с уравнением Липпмана (11.68) поверхностное натяжение, например, па границе капли с воздухом снижается с ростом потенциала, и тем сильнее, чем больше заряд. Таким образом, зародыши, несущие на себе заряд, образуются при меньших пересыщениях— давление насыщенного пара над иими меньше получаемого ио уравнению Кельвина (II. 188). Этот факт используется для оегистрации радиоактивных частиц, которые, попадая в камеру с пересыщенным паром (камеру Вильсона), ионизируют среду на своем пути, что облегчает образование зародышей. Полосы тумана (треки), остающиеся на пути частиц, можно наблюдать или сфотографировать при боковом освещении через стеклянное дно камеры, [c.102]

Адсорбцию можио рассматривать как взаимодействие молекул адсорбата с активными центрами поверхности адсорбента. Такое рассмотрение этого явления оказалось достаточно общим и удобным, особенно для адсорбции на твердых адсорбентах, когда возникают трудности в экспериментальном определении межфазного натяжения. Кроме того, такая интерпретация адсорбции открывает возможность нсслелвдвания природы адсорбционного взаимодействия. Если отсутствует химическое взаимодействие адсорбата с адсорбентом, то адсорбция, как правило, является результатом самопроизвольного уменьшения поверхностной энергии системы, выражающегося в компенсировании поля поверхностных сил. При наличии специфического сродства адсорбата к адсорбенту, адсорбция возможна вследствие самопроизвольного уменьшения энергии Гиббса всей системы, что может привести даже к увеличению поверхностной энергии. Это возможно в том случае, если изменение химической составляющей энергии Гиббса системы больше изменения поверхностной энергии. При химической адсорбции между адсорбентом и адсорбатом образуется химическая связь, и их индивидуальность исчезает. [c.108]

Поверхностное натяжение можно представить и как энергию переноса молекул из объема тела на поверхность или как работу образования единицы поверхности. Поверхностное натяжение можно выразить частной производной от энергин Гиббса по величине межфазной поверхности при р и 7 = onst (при постоянных числах молей компонентов) [c.8]

К сожалению, Гиббс не развил количественно такую одномерную термодинамику, указав лишь, что она должна быть подобна двумерной термодинамике, разработанной им для границ раздела двух фаз. Согласно Гиббсу, избыточная энергия линии раздела трех фаз, или линейное натяжение, обозначаемое далее у., возникает в силу того, что поверхностные натяжения изменяются вблизи границы раздела трех фаз. Это иллюстрировано на рис. 1 на примере границы трех фаз с одинаковыми натяжениями между ними Стоо. В области, ограниченной пунктирной линией, натяжения изменены в среднем до а. Тогда по определению Гиббса у. = = 3 (а—сГоо)б, где б — радиус зоны взаимодействия трех фаз. В случае когда а < Оос, при 50 дин/см и б л см получаем X — 1,5-10" дин. Если ог>-аос, то значение у будет положительным. Другими словами, х может быть как положительным. [c.250]

Количественно термодинамические особенности систем с развитой поверхностью раздела учитывают с помощью специальной величины а, носящей название поверхностного натяжения (иногда эту величину называют также избьггочной поверхностной энергией). Величина а описывает изменение потенциала Гиббса системы вследствие наличия в ней межфазной фаницы с общей площадью, 5 [c.265]

Таким образом, поверхностное натяжение можно представить как частную производную от энергии Гиббса по величине межфазной поверхности при р = onst и 7 = onst и постоянных числах молен компонентов. [c.304]

Согласно энергетическому В1>фажению, поверхностное натяжение ст есть поверхностная энергия Гиббса единицы поверхности (т. е. удельная поверхностная энергия Гиббса). В таком случае ст равна работе, затрачен. пй на образование единицы поверхности. Энергетической един ,. является Дж/м . [c.304]