Поверхностное натяжение и поверхностная эластичность

Коэффициенты эластичности Гиббса можно легко вычислить по кривой зависимости поверхностного натяжения от концентрации. Китченер и Кумпер (1959) приводят некоторые данные для растворов додецилсульфата натрия, из которых видно, что слабая эластичность проявляется с 0,0001 М растворами при толщине пленки 0,01 — 0,001 мм. Молшо ожидать, что с более концентрированными растворами при образовании очень тонкой пленки коэффициенты эластичности будут выше. (Например, 0,1 М растворы при толщине пленки 0,1 мкм имеют коэффициент эластичности Гиббса --100 дин/см. Таким образом расширение на 1% будет увеличивать местное натяжение на 1 дин1см для каждой стороны пленки.) [c.87]

Слабое эмульгирование может быть получено с любым ПАВ, т. е. с любым соединением, которое понижает поверхностное натяжение между двумя жидкостями. Последнее связано с адсорбцией ПАВ на межфазной поверхности и влияет как на легкость диспергирования при получении эмульсии, так и на скорость разрушения жидкой пленки между каплями. Согласно некоторым взглядам, существенным фактором стабилизации является эластичность пленки. Ниже изложена хорошо известная теория этого явления Марангони и Гиббса . [c.84]

Природа устойчивости пен окончательно еще не установлена и мнения по этому поводу расходятся. Так, Гиббс объясняет устойчивость пены эластичностью пенной пленки, обусловленной увеличением ее поверхностного натяжения при растяжении, что способствуёт обратному его сокращению. Ребиндер объясняет устойчивость пены структурированностью тонких пленок (см. разд. VI.15). Б. В. Дерягин (р. 1902) основной причиной устойчивости пен считает расклинивающее давление в тонких жидких пленках, препятствующее их утоньшению. [c.289]

Для плоского поверхностного слоя величина а не зависит от положения разделяющей поверхности. Это утверждение, вполне очевидное по физическому смыслу, доказывается в работе Гиббса. Определение о 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.56]

Проведен анализ влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) на давление пара растворителя в капиллярных системах. Рассмотрены полностью равновесные состояния при постоянстве кривизны поверхности в открытых системах, а также при наличии гравитационного поля, когда кривизна поверхности закономерно меняется с высотой. Проанализированы процессы изменения давления пара в процессе адсорбции ПАВ в закрытой однофазной и двухфазной системе. Сформулированы условия устойчивости для таких систем в отношении к поверхностному натяжению, поверхностной эластичности, адсорбции ПАВ и их концентрации в растворе капиллярного объекта, и, наконец, в отношении к кривизне поверхности малого капиллярного объекта. [c.106]

Помимо указанных выше двух причин возникновения градиента поверхностного натяжения (разности концентраций и разности температур), градиент поверхностного натяжения может образоваться и за счет так называемой поверхностной эластичности , заключающейся в том, что возникает разница в поверхностном натяжении между увеличенной поверхностью и статической. Вещества, которые понижают поверхностное натяжение, находятся у поверхности в максимальной концентрации. Если поверхность увеличивается, концентрация этих веществ моментально уменьшается, в результате повышается поверхностное натяжение. Величина этого повышения зависит от скорости увеличения поверхности и скорости диффузии материала к поверхности. Результирующим эффектом является стабилизация пленок и отсутствие коалесценции благодаря возникновению сил, действу- ющих в обратном направлении силам механического разрушения, стремящимся растянуть, уменьшить толщину пленки и разрушить ее. Поверхностная эластичность будет наиболее заметна тогда, когда один из компонентов смеси обладает высокой поверхностной активностью . [c.12]

Граница раздела между жидкостью и газом ведет себя как растянутая эластичная мембрана. Сила, сжимающая эту воображаемую мембрану, известна под названием поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение проявляется также на границах между твердым телом и газом, твердым телом и жидкостью, а также между несмешивающимися жидкостями. В последнем случае говорят о межфазном натяжении. [c.271]

В мягких условиях формования на вытекающей струйке раствора образуется эластичная поверхностная пленка осажденного полимера, которая легче деформируется под действием остаточных напряжений, чем в случае жестких условий. В результате наблюдается расширение струи и, вероятно, более быстрое выравнивание профиля скоростей и снятие тангенциальных напряжений по выходе струи из канала фильеры. Это должно вести к увеличению скорости истечения раствора из фильеры при увеличении концентрации ДМФ в ванне до 85%. Эффект вытягивания струйки раствора за счет сил поверхностного натяжения ванны в этом случае, по-видимому, перекрывается теми напряжениями, которые возникают при коагуляции ее в осадительной ванне, в то время как при истечении раствора в 100%-ный ДМФ, когда исчезает межфазное натяжение, скорость истечения резко падает. Отсюда следует вывод, что на скорость истечения полимерного раствора оказывают влияние свойства поверхности раздела фаз раствор — ванна. [c.228]

При исследовании поверхностных явлений важную роль имеет поверхностное натяжение. Если представить границу раздела между жидкостью и газом в виде эластичной, равномерно натянутой пленки, то поверхностное натяжение определяется как сила, действующая на единицу длины линии, лежащей на этой пленке, направленная перпендикулярно этой линии и по касательной к поверхности пленки,Поверхностному натяжению можно дать термодинамическое определение. При изменении поверхности раздела фаз происходит перенос молекул либо из объема в поверхностный слой (при увеличении поверхности), либо в противоположном направлении (при сокращении поверхности). Так как равнодействующая межмолекулярных сил, действующих на молекулы поверхностного слоя, не равна нулю и направлена по нормали к поверхности, процесс изменения площади границы раздела сопровождается совершением работы. При сокращении поверхности межмолекулярными силами совершается положительная работа, а для перевода молекул из объема в поверхностный слой (для увеличения [c.5]

Поверхностная эластичность возникает вследствие неоднородности поверхностного или межфазного натяжения. Она отсутствует в чистых жидкостях, но существует в растворах при наличии адсорбции. Изменение а происходит по двум причинам. Если, наиример, образуется свежая поверхность (как в струе жидкости при истечении из трубы) или возрастает существующая (когда возникают пузырьки), [c.86]

Второй причиной изменения поверхностного натяжения является эффект Гиббса. Он проявляется в расширяющейся пленке жидкости или в жидкой прослойке между двумя соприкасающимися каплями масла и заключается в том, что пленка не может быть утончена до предела, обедняясь ПАВ. Результирующий коэффициент эластичности дается Гиббсом в следующем виде [c.87]

Причина устойчивости пен все еще недостаточно изучена. Исследователи, занимающиеся этим вопросом, в качестве основной причины принимали различные факторы. Так, Гиббс объясняет устойчивость пенных пленок их эластичностью — при растягивании пленки адсорбционный слой поверхностно-актив-ного вещества на поверхности делается более редким, поверхностное натяжение в месте растяжения повышается и способствует обратному сокращению пленки. Плато считает, что в пенных пленках вязкость жидкости очень высока, а это сильно замедляет и практически останавливает их утончение. Причина устойчивости пенных пленок по Ребиндеру — образование в них структуры. Дерягин рассматривает стабильность пен с точки зрения теории устойчивости лиофобных коллоидов, главным в которой является расклинивающее давление в тонких жидких слоях. [c.140]

Другая причина устойчивости пузырька пены лежит в его эластичности. Любая деформация сферического пузырька увеличивает его поверхность, следовательно, уменьшает концентрацию ПАВ на поверхности и увеличивает поверхностное натяжение. Поэтому деформированный участок пузырька стремится вернуться к исходной форме с тем, чтобы уменьшить поверхностное натяжение. [c.37]

Поверхностное натяжение. Сцепление между поверхностными молекулами, создающее подобие эластичной оболочки (пленки), называется поверхностным натяжением. В технической системе [c.18]

Пленкообразующие вещества можно также разделить на природные и синтетические соединения. И те и другие расцениваются по следующим наиболее важным показателям растворимость, вязкость получающихся растворов, поверхностное натяжение, скорость образования пленки и,ее связь с покрываемой поверхностью (адгезия), а также твердость и эластичность пленки и ее сопротивление истиранию. [c.603]

Характерная для всех олефиновых углеводородов способность к полимеризации у пропилена намного больше, чем у этилена. При полимеризации пропилена получается большое число производных, обладающих особо интересными качествами (поверхностное натяжение, эластичность, пластичность и др.). [c.394]

Защиту металлов от кавитационной эрозии осуществляют следующими способами изменением формы изделий и чистоты обработки их поверхностей уменьшением вибрации элементов, контактирующих с жидкостью подбором высокотвердого металла или же наплавкой твердого металла на поверхность элемента нанесением на поверхность металла эластичных резиновых или полимерных покрытий, амортизирующих гидравлические удары катодной или протекторной защитой ингибиторной защитой подавлением образования пузырьков путем повышения давления и подбора соответствующей температуры, а также добавления к раствору поверхностно-активных веществ (для понижения поверхностного натяжения жидкости). [c.456]

Если пооерхность жидкости представить себе как натянутую эластичную мембрану, то поверхностное натяжение жидкости можно рассматривать как силу, которая действует на единицу длины линии, ограничивающей поверхность жидкости, и стремится эту поверхность стянуть или уменьшить. [c.111]

Трудно в настоящее время определить относительный вклад эффектов Гиббса и Марангони в реальных системах. Пленочный эффект Гиббса можно вычислить, но проблематичным остается наличие градиента поверхностного натяжения. Эластичность Гиббса практически должна быть равна нулю для концентрированных растворов ПАВ, так как а/с с О при концентрации ПАВ выше ККМ. Однако такие растворы являются сильно эластичными. Исследования ио затуханию волн позволят, вероятно, разъяснить эту проблему. Когда волна проходит вдоль жидкой поверхности раздела, наблюдается некоторое затухание амплитуда колебаний уменьшается из-за разности значений вязкйсти по объему жидкости. Затухание значительно усиливается, если жидкость является раствором ПАВ или имеется нерастворимый ыопослой. В этом случае волны расширяют и сжимают поверхность, вызывая противосилы, которые отсутствуют в чистых жидкостях. [c.88]

Трещины серебра напоминают пеиу с открытыми ячейками, диаметр полостей и участков полимера которой в среднем равен 20 нм. При дальнейшем растяжении продолжается процесс образования трещин серебра. Уменьшение модуля упругости и предела вынужденной эластичности с увеличением деформации объясняется уменьшением плотности, вызванного этой деформацией, и последующего увеличения коэффициента концентрации напряжения на микроскопических элементах полимера, содержащего трещины серебра. Высокие скорости восстановления материала с трещинами серебра после ползучести определяются в основном его поверхностным натяжением и большой внутренней удельной площадью поверхности таких трещин [c.365]

Рассмотрим конкретный практический пример ламинарного смешения. Жидкий компонент вводят в смеситель, содержащий расплав полимера в форме капель микроскопических размеров. Мы утверждаем, что то, что произойдет с каплями в потоке жидкости в начальной стадии смешения, не зависит от смешиваемости компонентов. Это объясняется тем, что при быстром растворении образуется тонкий (в лучшем случае) пограничный слой. Постепенно капли де формируются, подвергаясь воздействию локальных напряжений.. Поле напряжений неоднородно, поскольку компоненты смеси имеют различные реологические свойства (как вязкость, так и эластичность). Влияние поверхностного натяжения несущественно (соответственно несущественно и наличие или отсутствие четких границ раздела), Вязкие силы превышают поверхностное натяжение По мере деформации капель и увеличения площади поверхности раздела степень смешиваемости двух компонентов начинает играть все возрастающую роль. Для смешиваемых систем внутренняя диффузия способствует достижению смешения на молекулярном уровне, а в случае несме-шиваемых систем — вводимый компонент дробится на мелкие домены. Эти домены вследствие вязкого течения и под воздействием сил поверхностного натяжения достигают состояния, характеризуемого постоянной величиной деформации. Таким образом, для несме-шиваемых систем смешение начинается по механизму экстенсивного смешения и постепенно переходит в гомогенизацию. Морфология доменов, образующихся как в смесях, так и в сополимерах, является предметом интенсивных исследований [19]. [c.388]

Величина Е в выражении (8.1) зависит от скорости деформации пленки и общей толщины слоя. При бесконечно быстрых деформациях, когда равновесие между поверхностью и объемом пленки тоже не успевает устанавливаться, Е достигает максимального значения. В этом случае увеличение о обусловлено просто снижением концентрации на поверхности, которое не успевает частично компенсироваться за счет притока поверхностно-активного вещества из объема. При более медленных деформациях (этот случай охватывает широкую область скоростей деформации) протекает описанный выше процесс, когда концентрация поверхностно-активного вещества на поверхности уменьшается за счет общего перераспределения его в пленке. Чем тоньше пленка и, соответственно, меньше запас поверхностно-акть-вного компонента в объеме, тем слабее будет компенсироваться недостаток концентрации его> на поверхности за счет притока из объема и тем больше будет возрастать а, пока, наконец, ситуация не будет соответствовать первому случаю. В то же время при очень медленном растяжении какого-нибудь участка пленки перераспределение вещества будет затрагивать и соседние участки, не подвергшиеся деформации. Это приводит, естественно, к уменьшению разности da в поверхностных натяжениях. В предельном случае при бесконечно медленной деформации эта разница приблизится к нулю, и эластичность исчезнет. [c.232]

Силовое определение поверхностного натяжения было дано Юнгом, который ] раницу разл.ела можл.у жидкостью и газом моделировал эластичной, равномерно натянутой пленкой нулевой толщины. Пове рхностное натяжение а определялось как сила, действующая на единицу длины линии, лежащей на этой пленке, направленная перпендикулярно этой линии и по касательной к поверхности пленки. [c.9]

Отметим еще два фактора, обеспечивающих устойчивость пленок эффект Гиббса и эффект Марангони. Иногда эти эффекты рассматриваются совместно. Эффект Гиббса связан с изменением адсорбционного равновесия при растяжении пленки. Увеличение площади пленки приводит к уменьшению концентрации поверхностно-активного вещества в поверхностном слое, что, в свою очередь, увеличивает поверхностное натяжение, стремящееся сократить поверхность. Таким образом, при растяжении пленка проявляет упругие свойства. Для количественной характеристики эф кта Гиббса используется эластичность (упругость) Е, представляющая собой отношение изменения силы, стремящейся сократить площадь пленки с обеих сторон (25с1а), к изменению площади dS [c.194]

Обычная термодинамическая трактовка случая III предполагает поверхность раздела фаз столь же идеально гладкой, как и в случае контакта флюидов. Поэтому применять выводы этой трактовки к реальным ситуациям следует с осторожностью. Особенностью кристаллических тел является анизотропия поверхностного натяжения — его зависимость на данной грани от направления (в противоположность свободной поверхностной энергии). Поверхностное натяжение может также меняться в зависимости от состояния деформации твердого тела, В работе Русанова [4] рассмотрено влияние деформации на краевой угол, что открывает возможность экспериментального обнаружения этого эффекта на эластичных телах, хотя и не позво.пяет определять абсолютные значения поверхностного натяжения. [c.8]

Подобие в свойствах поверхности жидкости и эластичной пленки было подмечено еще Лапласом в ХУП1 веке. В то время еще не знали ни строения жидкости, ни того, что вещества состоят из отдельных молекул. Потому Лаплас считал, что на жидкой поверхности действительно имеется эластичная пленка, которая при растяжении противодействует расширению с силой, направленной по касательной к поверхности в сторону ее уменьшения. Эту силу, отнесенную к единице длины, Лаплас назвал поверхностным натяжением. Позднее оказалось, что хотя эти представления и неправильны, определение поверхностного натяжения, данное Лапласом, эквивалентно полученному нами ранее [см. уравнение (12)] через работу, затрачиваемую на образование единичной поверхности. [c.43]

Несколько иной подход к анализу механизма обрыва жидкой нити был принят Хираи . Он рассматривал отношение поверхностного натяжения к радиусу струи как аналог модуля эластичности и определял время релаксации процесса пережатия струи . Это время т определяется из следующего соотношения [c.244]

Естественно ожидать, что в быстрых процессах динамические свойства будут иметь большее значение, чем равновесные. В качестве примера рассмотрим мощность, необходимую для образования эмульсии. Допустим, что масло (межфазное натяжение а = 1 дин/см) должно быть заэмульгировано со скоростью —500 л/ч. Если капли имеют радиус порядка 1 мкм, то мощность, которая требуется для образования новой поверхности, составит 5-10 л. с. В более ранней литературе такие расчеты нередки, хотя в действительности требуется мощность порядка 2 л. с. Расхождение обусловлено пренебрежением работой, затрачиваемой на приведение жидкости в движение во время эмульгирования. Используя некоторые простые модели для описания процесса образования эмульсий, можно вычислить потери мощности на преодоление вязкости (Монк, 1952 Субрама-ньям, 1966). Эта величина оценивается от 0,1 до 10 л. с., что соответствует опытным данным. Таким образом, в большинстве случаев процесс разрыва поверхности, по-видимому, вызван явлениями, происходящими в жидкой фазе, с учетом электрических и диффузионных факторов. Объяснение механизма действия облегчается при использовании термодинамических параметров, таких как поверхностная энергия. Природа и концентрация компонентов оказывают косвенное влияние, как и природа поверхности и вязко-эластичные свойства. [c.10]

Ван ден Темпель и Люкассен — Рейндерс (1965) разработали теорию эластичности Гиббса для растворов с малой и высокой концентрацией активных компонентов, а Принс и ван ден Темпель (1964) применили эту теорию к экспериментальным данным для системы лаурат натрия — лауриновая кислота. Чтобы учесть взаимодействие, необходимо иметь данные о поверхностном натяжении ряда тройных систем. Указанные выше авторы нашли, что в присутствии ионов лаурата лауриновая кислота имеет более высокую поверхностную активность. Из этого следует, что при некоторых условиях малая концентрация примесей вызывает большую эластичность Гиббса, чем высокая концентрация. [c.89]

Взаимодействие двух (и более) эмульгирующих веществ (одного — маслорастворимого и другого — водорастворимого) изучено Александером и Шульманом (1940). Определенные комбинации таких веществ дают высокую стабильность, обычно связанную с очень низким межфазным натяжением (например, 0,1 дин1см) и сопровождающуюся совместной адсорбцией. Однако отсутствуют количественные данные, из которых можно было бы вычислить адсорбцию двух ПАВ по уравнению Гиббса. Следует также ожидать обратимость совместной поверхностной активности по аналогии с антипенными или пеноразрушающими агентами. Чтобы ликвидировать поверхностную эластичность, нужно или высолить эмульгирующий агент химическими способами, или вытеснить его подавляющим избытком агента на поверхности (даже если он обладает более низкой поверхностной энергией). Возможно, силиконы или фторуглеводороды будут действовать как эмульгирующие агенты при использовании, например, в процессах экстракции жидкость — жидкость. [c.90]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология