Поверхностные явления на границе раздела фаз Свободная энергия поверхности раздела фаз

Под действием сил поверхностного натяжения любая жидкость стремится приобрести сферическую форму (капли росы, дождя, расплавленного металла). Чем объяснить такое свойство жидкостей Как известно, устойчивому равновесию любой системы соответствует такое состояние, когда энергия системы минимальна. Этот общий принцип можно объяснить на следующем примере. Камень, скатившийся по склону горы, постепенно теряет свою потенциальную энергию у подножья горы она становится минимальной, и движение камня прекращается. Система достигла положения устойчивого равновесия. Точно так же и жидкость стремится принять такую форму, при которой ее свободная поверхностная энергия была бы наименьшей. Общая поверхностная энергия капли равна произведению поверхностного натяжения на границе фаз на величину поверхности раздела обеих фаз. Очевидно, эта энергия будет тем меньше, чем меньше поверхность раздела. Наименьшая поверхность, ограничивающая объем, есть поверхность шара. Поэтому жидкость под действием сил поверхностного натяжения всегда стремится принять форму шара. На этом явлении основаны некоторые методы измерения поверхностного натяжения жидкостей. [c.23]

Поверхностные явления можно также рассматривать с точки зрения изменений свободной поверхностной энергии. Поверхностная энергия существует на любой границе раздела фа в связи с отсутствием равновесия зарядов вокруг молекул в пограничном слое. Если жидкость смачивает поверхность, свободная поверхностная энергия самопроизвольно снижается, в результате чего выполняется определенная работа (например, происходит подъем воды в стеклянном капилляре). Создание новых поверхностей сопровождается увеличением свободной поверхностной энергии. Например, когда твердое тело разруша- [c.274]

На границе раздела двух фаз можно выделить пограничный слой, так называемую поверхностную или пограничную фазу. Она обладает избытком свободной энергии по сравнению с каждой из граничащих фаз. Избыточная энергия, отнесенная к единице поверхности раздела фаз, т. е. удельная свободная энергия, называется поверхностным натяжением а и имеет размерность эрг-см или дин-см- . Часто ее рассматривают как величину, характеризующую избыток сил взаимного притяжения над силами отталкивания. Величина избыточной поверхностной энергии зависит от разности потенциалов между двумя фазами. Электрокапиллярные явления отражают связь, существующую между поверхностным натяжением и разностью потенциалов на границе двух фаз. Графически эта связь выражается в виде так называемых электро-капиллярных кривых. Впервые электрокапиллярные явления были исследованы на границе ртути и водных растворов электролитов Липпманом (1875), который использовал для этой цели сконструированный им капиллярный электрометр. В дальнейшем его исследования были продолжены Гуи (1910) и Фрумкиным (1919), а также Батлером, Крюгером, Грэмом, Парсонсом и др. [c.242]

Различие состава и строения соприкасающихся фаз и связанный с этим различный характер молекулярных взаимодействий в объеме фаз обусловливают возникновение своеобразного ненасыщенного молекулярного силового поля на поверхности раздела между ними и вследствие этого повыщение плотности термодинамических функций свободной энергии, внутренней энергии, энтропии на данной поверхности. Огромная межфазная поверхность, присущая дисперсным системам, определяет особо важную роль, которую играют в них явления, протекающие на границе раздела фаз, — поверхностные явления. [c.14]

В противоположность поверхностной энергии жидкостей измерить свободную поверхностную энергию кристаллов значительно труднее, при этом данные, полученные различными методами, колеблются в широких пределах, часто различаясь в несколько раз. Этот разброс обусловлен прежде всего влиянием условий опыта и влиянием реальной структуры кристаллов. Наличие различных элементарных дефектов (например, точечные дефекты, отдельные дислокации или их скопления возле границ зерен и т. д.) и микроскопических нарушений (например, микротрещины, которые являются источником концентрации напряжений) или других видов неоднородности (например, скопления химических загрязнений) влияет на поверхностную энергию. В ряде случаев разброс вызывается влиянием адсорбционных явлений на границе фаз кристалл — окружающая среда, так как теоретические значения а справедливы для поверхности раздела кристалл — вакуум. В то же время во многих случаях измеряют значения поверхностных энергий не достаточно чистых поверхностей. Поэтому для различных граней кристалла, существует только несколько достоверных значений а. [c.256]

Отличительный признак высокодисперсных систем — очень большая поверхность раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. При увеличении степени дисперсности быстро увеличивается общая и удельная поверхность дисперсной фазы, а с нею — и свободная поверхностная энергия системы. Поверхностные свойства дисперсных систем и явления на границе двух фаз исследуются физико-химией поверхностных явлений. [c.6]

Изменение свободной энергии, представленное уравнением (6), не учитывает поверхностных явлений на границе фаз. Для фаз, имеющих макроскопические размеры, поверхность раздела которых можно считать плоской, условия равновесия остаются вполне строгими. Однако по мере увеличения кривизны поверхности появляется разница в давлениях сосуществующих фаз. Поэтому условие равенства давлений во всех фазах теряет свою силу [30, с. 165]. Влияние кривизны поверхности на термодинамические свойства проявляется, когда радиус кривизны не превышает 10 см. [c.11]

Поверхностное натяжение обозначим буквой а. Произведение его на поверхность называется свободной поверхностной энергией. Различие в свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз — причина разнообразных поверхностных явлений (адсорбция, смачивание, растекание жидкости и др.), с которыми мы более подробно познакомимся в разделе коллоидной химии. [c.39]

Образование первых зародышей новой фазы. Известно, что поверхность подложки может быть покрыта адсорбированным слоем атомов второй фазы при любом значении их концентрации в паровой фазе. Но образование зародышей новой фазы возможно только тогда, когда достигается пересыщение. Механизм образования зародышей и их морфология зависят от ориентирующего действия подложки и внешних факторов. Как уже отмечалось, при росте на кристаллическую подложку для некоторых кристаллографических направлений роста свободная поверхностная энергия на границе раздела двух веществ будет иметь наименьшее возможное значение, и, следовательно, явление эпитаксии должно быть скорее правилом, чем исключением. При росте на аморфные подложки такое ориентирующее действие отсутствует, и появление текстур надо обосновать, исходя из иных соображений. [c.277]

Впоследствии идея сравнительно толстых междуфазных оболочек была развита Робертсом [70], по взглядам которого каждая сторона границы раздела отличается от другой не только поверхностным натяжением, но и электрокинетическим потенциалом. Различие в поверхностном натяжении может быть подтверждено экспериментально, путем сравнения результатов, полученных при измерениях тензиометром Дю-Нуи в зависимости от направления, в котором кольцо перемещается через границу раздела. Существование эмульсий двух типов и в особенности явления обращения эмульсий указывают на то, что изгибание междуфазной поверхности в ту или другую сторону связано с изменением величины свободной энергии. Это, в свою очередь, легко находит объяснение, если исходить из существования оболочки макроскопической толщины, междуфазное натяжение по обе стороны которой различно. Значительно труднее найти объяснение этому, если предполагать, что междуфазная пленка мономолекулярна [71]. [c.346]

Если сга + сгав<Ов, растекание капли вызовет уменьшение свободной энергии системы, что влечет за собой ряд интересных явлений. Когда одна жидкость растекаясь по поверхности другой, увеличивает свою площадь на 1 см , то уменьшение свободной поверхностной энергии равно ад—(аА + ОАв). Эта величина может рассматриваться как мера стремления первой жидкости к растеканию на поверхности второй. Ее называют коэффициентом растекания. Следовательно, коэффициентом растекания можно характеризовать поведение двух несмешивающихся жидкостей на границе их раздела. В табл. 9 приложения приведены коэффициенты растекания некоторых жидкостей на воде, [c.74]

Явления на поверхностях твердых тел очень разнообразны, и их рассмотрению отведена большая часть этой книги. В силу необходимости весь материал распределен по нескольким главам, расположенным по возрастающей степени сложности — от явлений, в которых возможна относительная идеализация и на этой основе более или менее детальный анализ роли твердого тела, к явлениям, с трудом поддающимся даже эмпирической интерпретации. Так, в гл. IV поверхность твердого тела служит прежде всего местом расположения заряженных частиц, взаимодействующих со смежным раствором электролита. В гл. V рассматриваются относительно простые твердые тела и рассчитываются их поверхностные свойства на границе раздела твердое тело—газ. В гл. VI обсуждаются различные типы сил и дается трактовка дальнодействия. Здесь твердое тело опять-таки играет роль бесструктурной и довольно неспецифичеокой фазы. Эта глава посвящена поверхностям раздела типа твердое тело — жидкость, для которых изменения или разности величин поверхностной энергии или свободной поверхностной энергии имеют более важное значение, чем обычно не поддающиеся определению абсолютные величины. В гл. IX обсуждаются явления, происходящие на границе раздела твердое тело — жидкость и осложненные присутствием растворенного в жидкости компонента. [c.268]

О(арактерной особенностью коллоидно-дисперсных систем является большая удельная поверхность частиц, достигающая для высокодисперсных тел многих сотен или даже тысяч метров квадратных на грамм. Это придает дисперсным системам особые свойства, которые проявляются прежде всего в поверхностных явлениях, происходящих на границе раздела фаз в межфазных поверхностных слоях. Связано это с тем, что в таких системах значительная доля атомов или молекул, из которых состоит данное тело, локализована на поверхности раздела фаз. Эти молекулы или атомы находятся в несимметричном силовом поле и обусловливают появление избыточной свободной энергии системы, что и яв- [c.5]

Явления взаимного закрепления диспергированных в воде частиц и В03Д5Ш1НЫХ пузырьков обусловливается избытком свободной энергии на границе раздела фаз и связано с изменениями свободной поверхностной энергии на всех участвующих в процессе поверхностях раздела [18]. Такие изменения свободной поверхностной энергии связаны с процессами смачивания частиц, являющегося, таким образом, -одним из основных физико-химических факторов флотационного процесса. [c.153]

С. Бенедикс указывает, что нити из двуокиси кремния удлиняются при погружении в воду и сокращаются до исходной длины после просушки. Степень удлинения частиц кварца в ряде жидкостей увеличивается с повышением поверхностного натяжения жидкости. Это явление было названо Бенедиксом ликвострикцией и связано с изменением энергии на поверхности раздела твердое тело — жидкость [75]. Проявление хрупкости при действии среды зависит от ее способности смачивать поверхность керамического материала (т. е. от величины свободной поверхностной энергии па границе материал - - вода). [c.39]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология