Поверхностное натяжение граней кристалла

Теория поверхностного натяжения постулирует, что кристалл в процессе роста стремится к форме, соответствующей минимуму поверхностной энергии при данном объеме. При этом скорость роста отдельных граней пропорциональна их удельной свободной энергии, а последняя пропорциональна длинам нормалей к этим граням. Так как длины нормалей неодинаковы для различных граней, то рост последних должен происходить с различными скоростями. Объясняя форму кристаллов, данная теория не дает количественных закономерностей. Она не согласуется также с наличием ряда кристаллических модификаций одного и того же вещества. [c.686]

Если рост граней кристалла при электроосаждении происходит за счет образования двухмерных зародышей на металле, ионы которого разряжаются, то необходимо определенное минимальное скоп.я ние частиц на поверхности осаждения. Для описания свойств такой системы вводим понятие о краевом натяжении р, которое является аналогом поверхностной работы. Формула Томпсона, связывающая критический радиус зародыша с величиной пересыщения, в этом случае примет вид [c.239]

Здесь — растворимость мелкого кристаллика, 8р — растворимость плоской поверхности, а — поверхностное натяжение, V — молярный объем, г —радиус кристаллика. При более строгом анализе уравнения (3.37) нужно учесть еще зависимость поверхностного натяжения в кристалле от направления, а также внести поправки, учитывающие наличие углов и граней в кристалле [c.123]

Таким образом, термодинамика в общем случае не приводит к результату, подтверждающему неравенство (XI. 42), а в случае малых г приводит даже к прямо противоположному результату. Это противоречие можно объяснить лишь тем, что при выводе неравенства (XI. 42) предполагалось постоянство величин а -, х и е, не совместимое с условием термодинамического равновесия. Поэтому нз сравнения (XI. 42) с результатами термодинамического анализа можно сделать следующий вывод изменение среднего поверхностного натяжения монокристалла при равновесном изменении его размера связано не только с изменением относительной роли граней, ребер и углов в общем балансе поверхностной энергии, но и с изменением поверхностных натяжений граней, линейных натяжений ребер и энергий углов монокристалла. Следовательно, при равновесном росте или растворении кристалла каждая из его граней, хотя и остается плоской, должна менять величину своего поверхностного натяжения. [c.238]

Физическую причину такого изменения понять нетрудно, если вспомнить, что поверхностное натяжение на границе двух фаз зависит от разницы в природе, составе и состоянии фаз. При уменьшении этой разницы поверхностное натяжение снижается (вплоть до нуля в критической точке). Например, сжатие пара над жидкостью, сближающее их состояния, приводит к уменьшению поверхностного натяжения. Поэтому снижение поверхностного натяжения капель жидкости можно объяснить увеличением упругости пара над каплями. Аналогичным образом снижение поверхностных натяжений граней, линейных натяжений ребер и энергий углов кристалла с уменьшением его размера и вызываемое этим снижение среднего поверхностного натяжения могут вызываться повышением растворимости кристалла, приводящим к сближению составов фаз. [c.238]

В кристаллах силы взаимного притяжения частиц в различных направлениях неодинаковы. Поэтому и поверхностное натяжение разных граней кристалла моз/сет быть неодинаковым. Вследствие этого наименьшее суммарное значение изобарного потенциала всей поверхности кристалла 2(ст5) достигается при определенном соотношении в размерах его граней (в отличие от жидкостей, где оно достигается при шарообразной форме тела). С этим связано, что кристаллам, в отличие 01 жидкостей, свойственна определенная геометрическая форма. Та форма кристалла, которая отвечает наименьшему значению обладает наибольшей устойчивостью (принцип Гиббса Кюри). [c.358]

Объяснение образования мелких капель жидкости из переохлажденного пара справедливо также для образования мелких кристалликов твердого вещества из переохлажденного раствора. Вульф показал, что внутри любого кристалла можно найти такую точку, для которой отношение поверхностного натяжения а, любой i-n (рани к расстоянию от этой точки до i-й грани есть величина постоянная. [c.378]

Следует заметить, что когда говорят о поверхностном натяжении кристаллов вообще, допускают известное усреднение, потому что в зависимости ог плотности заполнения граней кристалла атомами или ионами и, следовательно, в зависимости от интенсивности действия молекулярных сил разным граням кристалла обычно соответствует различное поверхностное натяжение. [c.117]

На основании условия возможности процессов при заданных кристаллических решетках и объеме можно получить все равновесные формы кристаллов, как это было показано советским ученым Вульфом. Различные грани кристаллов I обладают разными поверхностными натяжениями t , и кристалл в равновесных условиях, при постоянной температуре и заданной массе (объеме кристалла), растет так, что [c.35]

Имеющиеся в литературе данные по адсорбции поверхностно активных веществ на твердых электродах гораздо менее систематизированы. Хотя силы взаимодействия между частицами данного вещества в твердом и жидком состоянии не. имеют существенных различий, все же опыт показывает, что совершенно однородна только поверхность чистого металла в жидком состоянии. Кристаллическое твердое тело не однородно, так как даже в спектроскопически чистом металле различные грани, ребра и углы кристаллов обладают неодинаковым запасом энергии. Твердые тела, кроме того, обычно шероховаты. В общем случае на неполированной поверхности поверхностное натяжение в разных точках твердого тела имеет различную величину. [c.343]

Наиболее полно процессы адсорбции различных веществ изучены на жидком ртутном электроде данные по адсорбции ПАВ на твердых электродах гораздо менее систематизированы. Хотя силы межчастичного взаимодействия для данного вещества в твердом и жидком состоянии существенно не различаются, все же опыт показывает, что совершенно однородной является только поверхность чистого жидкого металла. Кристаллическое твердое тело неоднородно, так как частицы, находящиеся на различных гранях ребра и вершинах кристаллов, обладают различным запасом энергии, поэтому и поверхностное натяжение в разных точках твердого тела неодинаково. [c.368]

Поверхность жидкости стремится сократиться до минимальной площади в результате неуравновешенности сил молекулярного притяжения на поверхности. Молекулы на поверхности втягиваются внутрь жидкости, потому что испытывают большее притяжение со стороны молекул, находящихся в объеме жидкости, чем со стороны молекул пара по другую сторону поверхности. Это внутреннее притяжение заставляет поверхность сокращаться (если это возможно) и приводит к возникновению некоторой силы в плоскости поверхности. Поверхностное натяжение является причиной образования сферических капель, подъема воды в капиллярах и прохождения жидкости через пористое твердое тело. У твердых тел также существует поверхностное натяжение, но измерить его значительно труднее, чем в случае жидкости. Для кристаллов характерно стремление образовывать грани с наиболее низким поверхностным натяжением. [c.240]

Кроме того, обработка результатов многочисленных измерений линейных размеров кристаллов алмаза и толщины соответствующих им механических пленок позволила уточнить связь между этими величинами. Например, обнаружено, что пленки с двух смежных граней алмаза могут отличаться по толщине в 2—3 раза, и полностью однозначная количественная зависимость между размером кристалла и толщиной металлической пленки, отделяющей его от исходного графита, во многих случаях отсутствует. Удалось обнаружить только определенную зависимость, проявляющуюся в увеличении толщины этой пленки с возрастанием длительности процесса синтеза для кристаллов с линейными размерами от 4-10 до 8-10- м. В связи с этим интересно рассмотреть процесс формирования металлического слоя, отделяющего алмаз от графита. Образование и первоначальный рост кристалла алмаза происходят внутри металлического расплава ниже (если алмаз растет вверх) границы графит—металл в условиях, когда этот расплав хорошо смачивает поверхность алмаза и графита. Из-за разницы в плотности металлического расплава и алмаза последний под действием выталкивающей силы всплывает, в чем легко убедиться по смещению центра роста отдельных кристаллов размером более 5- Ю- м вверх относительно исходной границы металл — графит. В случае расположения графитового слоя ниже границы графит — металл (алмаз растет вниз) смещение центра роста кристалла за эту границу не наблюдается. Металлический же слой между алмазом и графитом удерживается силами поверхностного натяжения. На формирование слоя, следовательно, оказывают влияние степень смачиваемости расплавом алмаза и графита (в случае достаточно тонкого слоя проявляется капиллярный эффект) и выталкивающая кристалл сила, зависящая в свою очередь от свойств расплава, степени дефектности объема и поверхности алмаза и т. д. Поскольку величины толщины слоев для кристаллов, росших вверх или вниз, существенно не отличаются, можно считать, что основную роль в формировании металлического слоя играют силы поверхностного натяжения. Тогда увеличение толщины металлического слоя во времени частично объясняется появлением и ростом на одной его поверхности монокристаллической графитовой фазы, т. е. существенным снижением в рассматриваемых условиях смачиваемости этой поверхности расплавом металла. В данном случае толщина слоя действительно не будет зависеть однозначно от размера кристалла алмаза, а определяется комплексом условий, в том числе количеством и распреде-378 [c.378]

Наблюдая с помощью ионного микроскопа соотношение между поверхностями различных граней, можно получить также некоторую информацию об относительных поверхностных натяжениях различных плоскостей кристалла. В заключение следует также отметить работу Бреннера [121], в которой показано, что при адсорбции кислорода на иридии снижается преимущественно поверхностная энергия наиболее выступающих на поверхности иридия граней (ПО) и (ИЗ). [c.235]

Для теории дефектов наибольший интерес представляет г — = —Afi г — повышение химического потенциала относительно бесконечно больших кристаллов. Ожидаемое значение A j, для реальных кристаллов может сильно отличаться от предполагаемого в теории Гиббса, так как для абсолютно устойчивых форм огранения характерны грани с плотной упаковкой и значениями o , близкими к величине поверхностного натяжения жидкости, тогда как в кристаллах с произвольными формами огранения могут присутствовать грани с малой ретикулярной плотностью и высокими а,-. [c.111]

GaA (G - поверхностная свободная энергия на единицу поверхности и aA — элемент поверхности). Для жидкости максимальная стабильность достигается, когда поверхность имеет сферическую форму. Но для твердого тела G зависит от типа граней кристалла и она минимальна для полиэдра с плоскими гранями и острыми ребрами. Поверхностное натяжение здесь приводит к напряжениям, связанным с расширением всей массы твердого тела, и к не очень большим напряжениям сдвига в углах и у ребер. [c.155]

По Бартону и Кабрере, первичные грани, в нашем случае грани (011), вероятно, остаются сингулярными при температурах до точки плавления. Данные Хонигмана и Странского этому не противоречат, хотя эти исследователи и нашли, что грани (011) при визуальных наблюдениях кажутся более шероховатыми. Это явление может быть обусловлено термическим травлением в местах дислокаций и других дефектов, образующихся на этих гранях. Округление граней (001) и (112) согласуется с выводами о зависимости между формой кристалла и графиком поверхностного натяжения в полярных координатах (раздел IV,4). Для этих граней в результате поверхностного плавления острые минимумы графика превращаются при более высоких температурах в закругленные сегменты грани превращаются из сингулярных в несингулярные. [c.384]

К фазовым превращениям с образованием твердой кристаллической фазы, в том числе к электрокристаллизации металлов, можно применить аналогичные теоретические положения. В этом случае необходимо учитывать анизотропию кристаллов, которая проявляется, в частности, в том, что поверхностное натяжение различных граней кристалла неодинаково. Кристалл, находящийся [c.428]

Выводом из данного равенства будет следующее положение при свободном росте кристалла наибольшего развития достигают грани, имеющие минимальное поверхностное натяжение (принцип Г и б б с а - К ю р и 1). [c.119]

В предыдущем разделе были обсуждены трудности достижения равновесных форм кристаллов. Выяснено, что формы обычно определяются скорее кинетическими факторами, чем поверхностным натяжением граней. Однако между формами роста и ожидаемыми равновесными формами часто существует корреляция, так как грани с низким поверхностным натяжением часто имеют малую скорость роста. Интересно рассмотреть эту корреляцию для случая кристаллов гексаметилентетрамина (уротропина eHiaNi), изученных Каишевым [40] и позднее Хонигманом и Странским [37]. [c.382]

Скелет кристаллической структуры взвешенных частиц, разумеется, также имеет существенное значение для развития тиксотропии. Кварц и каолинит, очевидно, ведут себя подобно силикатам с низкой диэлектрической постоянной, что видно по электростатическим полям на их гранях, а также, следовательно, и по поверхностным натяжениям между кристаллом и жидкой фазой. По-видимому, в случае графита и молибденита можно ожидать очень больших различий. Сферические частицы вызывают значительно меньшие эффекты аниэотропии, чем мейьшие частицы в виде круговых дисков (Винклер), что объясняется элементарным влиянием формы. Монодисперсные суспензии должны обладать гораздо более высокими значениями Т, чем полидиспер01ые системы, так как в упаковках содержание жидкости больше. В случае дискообразных частиц равновесное расстояние точки поверхности частицы в энергетическом желобе брльше, чем при сферической форме частиц того же диаметра (фиг. S50). Прогиб менее глубок в случае дисков. [c.346]

При кристаллизации равновесную форму кристаллов можно изменить адсорбцией на их гранях поверхностно-активных примесей — модификаторов. Адсорбируясь на гранях с большим поверхностным натяжением, модификаторы понижают его до значений, более низких, чем малые поверхностные натяжения, существовавшие в кристалле на других гранях. Введением небольших добавок модификатора к раствору можно получить в равновесных условиях кристаллы поваренной соли октаэдрической формы и кристаллы квасцов кубической формы. Ребиндер и его сотрудники рассмотрели ряд общих вопросов модифицирования поверхностей твердых тел в процессе их кристаллизации с помощью добавок ПАВ. Семенченко с сотрудниками эксперим енталь-но исследовал поверхностную активность в жидких металлических растворах (расплавах) в связи с модифицированием металлов и сплавов. [c.35]

Таким образом, кристаллизация в пачках сводится к согласо- ванному повороту звеньев , полимерных цепей, обеспечивающему наиболее выгодное размещение боковых групп. Относительная легкость осуществления такого поворота находится в полном соответствии со сравнительно большой скоростью кристаллизации большинства регулярных полимеров при оптимальной температуре. Пачки при кристаллизации, вследствие возникновения границы раздела, приобретают поверхностное натяжение. Под влиянием избыточной поверхностной энергии они способны путем многократного изгибания на 180° самопроизвольно складываться в ленты с меньшей поверхностью . Требование дальнейшего снижения поверхностного натяжения приводит к соединению лент в ламели (см. рис. 120) и наслоению ламелей друг на друга с образованием правильного кристалла. Этот процесс наслоения происходит не путем присоединения отдельных макромолекул к растущей грани кристалла, а за счет упорядоченной агрегации все более крупньгх структурных единиц, что подтверждается данным , полученными методом рассеяния рентгеновских лучей под малыми >1лами (см. с. 430). Возникающие при этом ленты , ламели и единичные кристаллы видны под электронным микроскопом. [c.437]

Поскольку реальные кристаллы имеют форму многогранников, поверхности которых характеризуются разным поверхностным натяжением, возиикает вопрос, какие значения у я г следует использовать при этом. Как отмечалось в предыдущем разделе при обсуждении рис. У-4, теорема Вульфа утверждает инвариантность для всех граней. Поэтому результат, даваемый уравнением (У-5), не должен зависеть от выбора грани. В случае, рассмотренном на рис. У-4, в качестве г можно взять либо /"ю, либо Гц, представляющие собой радиусы окружностей, вписанных в фигуры, образуемые гранями (10) и (11) (см. также работу [37]). Уравнение (У-5) можно применить также для описания рас-тв()[)имости кристаллов (см. разд. УП1-2). [c.206]

Лi —поверхностное натяжение и площадь -й грани, причем суммирование ведется по всем граням. Эта равновесная форма может быть получена с помощью теоремы Вульфа [84], которая гласит, что если величина минимальна, то внутри кристалла существует точка, находящаяся на расстоянии hi от i-й грани, пропорциональном поверхностному натяжению уг этой грани. Иными слова1 1и, [c.363]

Микроструктура сплавов, соответствующая приведенным кривым охлажденш, схематически представлена на рис. 9.5. Для большей наглядности кристаллы компонента А в сплавах / и 2 изображены с четко очерченными гранями (что свидетельствует о малом поверхностном натяжении на границе раздела кристалл-жидкость в момент кристаллизации), а кристаллы В в сплавах 4 (заэвтектический сплав) и 5 (чистый компонент В) изображены с округленными гранями (такого вида кристаллы отвечают большому поверхностному натяжению в момент кристаллизации). Мелкодисперсная смесь кристаллов А я В, представляющая эвтектику, изображена в виде [c.214]

Соотношения (11.192) и (11.193) лежат в основе метода определения поверхностного натяжения твердых тел. Экспериментально измеряют растворимость в зависимости от дисперсности вещества и по формулам (11.192) или (11.193) рассчитывают о. Недостатки этого метода связаны главным образом с тем, что в мелких кристаллах часто нарушена структура, и это сказывается на растворимости и соответственно на получаемых значениях о. Кроме того, не учитывается, что у анизотроп- ных кристаллических тел каждая грань имеет свое поверхностное натяжение. [c.113]

П. я., к-рые могут быть названы физическими, связаны с избытком свободной энергии в поверхностном слое, с наличием поверхностного натяжения вследствие некомпенсированности молекулярных сил сцепления, действующих на молекулы поверхностного слоя. К этой группе П. я. относятся образование равновесных форм кристаллов при их росте, соответствующих минимуму свободной энергии при постоянстве объема шарообразная форма капель и пузырей, отвечающая условию минимума поверхности нри заданном объеме коалесценция — слияние капелек или пузырьков в эмульсиях, туманах и пенах коагуляция — агрегирование частиц дисперсной фазы и структурообразование в дисперсных системах, т. е. сцепление частиц в пространственные структуры — каркасы смачивание и прилипание, всегда связанные с уменьшением поверхностной энергии. Сложные формы жидких поверхностей раздела, возникающие нри совместном действии молекулярных сил (иоверх-ностпого натяжения и смачивания) и внешних сил (силы тяжести), рассматриваются теорией капиллярности (см. Капиллярные явления), связанной с общей теорией П. я. Из условия минимума свободной поверхностной энергии кристалла, различные грани к-рого (совместимые с данным типом кристаллич. решетки) имеют разные поверхностные натяжения, выводятся математически все возможные формы кристаллич. многогранников, изучаемые в кристаллографии. [c.51]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология