Свободная энергия поверхности в капельках

Поскольку свободная энергия поверхности изменяется, согласно уравнению (32.5), то для сохранения равновесия необходимо также изменение свободной энергии газа. Соответствующая зависимость (в предположении, что газ идеальный) описывается уравнением (27.17). Если Р —давление пара капельки радиусом г, а Ро — давление пара над плоской поверхностью жидкости (г = оо), то [c.59]

Как и всякий кинетический процесс, коалесценция определяется силой межмолекулярного взаимодействия и сопротивлением меж-фазных слоев. Эмульсии, как и пены, разрушаются вследствие того, что поверхностный слой вокруг капелек воды и пузырьков газа стремится приобрести меньшую свободную энергию за счет сокращения площади поверхности. Подобно свободной жидкости, прослойки между капельками эмульсии или пленки пены стремятся собраться в каплю, а, так как сопротивление незащищенных межфазных прослоек межмолекулярным силам небольшое, не обработанные ПАВ обращенные эмульсии могут существовать только при невысокой концентрации дисперсной фазы (разбавленные эмульсии) и малом содержании электролита. [c.77]

Современные теории образования зародышей основаны на взглядах Д. Гиббса, развитых в дальнейшем М. Фольмером. В СССР этот вопрос плодотворно разрабатывался Я- И. Френкелем. Теория Гиббса сводится к следующему. Образование кристаллических зародышей происходит при переходе системы из метастабильного состояния в устойчивое. Примерами метастабильного состояния являются состояния пересыщенного пара, пересыщенного раствора, переохлажденной или перегретой жидкости. В метастабильном состоянии данная фаза может существовать неопределенно долгое время без всяких изменений, пока в этой фазе не появится зародыш другой фазы, например капелька жидкости в пересыщенном паре, центр кристаллизации в переохлажденной жидкости или пересыщенном растворе. Такое состояние может быть названо относительно устойчивым. Переход метастабильной фазы в стабильную всегда сопровождается уменьшением свободной энергии, всегда является самопроизвольным за исключением стадии образования зародышей. Возникновение зародышей связано с затратой свободной энергии на создание новой поверхности раздела фаз стабильной и метастабильной. Так как процесс перехода метастабильной фазы в стабильную на стадии образования зародыша сопровождается увеличением свободной энергии, то он не может происходить самопроизвольно до тех пор, пока зародыш не достигнет определенной величины. После этого переход совершается сам собой. Таким образом, для того чтобы вывести метастабильную фазу из относительно устойчивого состояния, необходимо затратить некоторую работу. Гиббс нашел способы для вычисления такой работы. [c.231]

Во всякой системе, в которой свободная энергия больше минимального при данных условиях значения (по второму закону термодинамики), должен самопроизвольно идти процесс в направлении уменьшения свободной энергии. Рассмотрим два примера. Туман представляет собой дисперсную систему из большого количества капелек жидкости (в частности воды), взвешенных в воздухе. Общая поверхность всех капелек жидкости в тумане во много раз больше той поверхности, которой обладала бы жидкость после слияния всех капелек в общую массу. В связи с этим туман является системой неустойчивой мелкие капельки при столкновении сливаются в более крупные капли, что в природных условиях приводит к выпадению дождя. Процесс укрупнения капель идет самопроизвольно, [c.274]

Кроме упомянутой в упражнении 4 теории ориентированных клиньев, для объяснения стабилизации эмульсий поверхностно-активными веществами используют теорию дуплексной пленки. Предположим, что имеется система масло — вода — поверхностно-активное вещество, образующая эмульсию типа М/В или В/М с капельками диаметром 1 мкм. Рассчитайте разность межфазных натяжений между поверхностями раздела пленка — вода и пленка — масло, если свободная энергия гипотетического процесса обращения эмульсии при Ф = 0,5 составляет 200 кал/см эмульсии. [c.412]

Фольмер считает, что при возникновении такой капельки возрастание свободной энергии за счет образования поверхности компенсируется убылью объемной части свободной энергии. Зная величину V, можем оценить среднее [c.119]

Различие в характере фазовых превращений этих двух групп объясняется особенностями самого механизма перехода от одной фазы к другой. Фазовые превращения первой группы начинаются на поверхности твердого тела и сразу же приводят к созданию макроскопической поверхности раздела между твердой и жидкой (или парообразной) фазами. В них в каждый момент процесса плавления (или сублимации) участвуют лишь поверхностные атомы или молекулы твердого тела. Фазовые превращения второго рода начинаются в глубине уже существующей фазы, где возникают микроскопические образования — пузырьки пара, капельки жидкости или кристаллики — зародыши новой фазы. Для этих превращений, таким образом, неизбежен переход через промежуточное, микрогетерогенное состояние, обладающее повышенным запасом свободной энергии, по сравнению с начальным и конечным состояниями. Это избыточное количество свободной энергии связано с необходимостью создания множества границ раздела между старой фазой и зародышами новой, суммарная поверхность, а следовательно, и поверхностная энергия которых весьма велики. При фазовых превращениях второй группы должен преодолеваться некоторый энергетический барьер, которого нет в случае фазовых превращений первой группы (рис. 85). [c.427]

Да, мыльный пузырек или пена по своей природе нестабильны и склонны к самопроизвольному разрушению. Эта нестабильность объясняется избытком поверхностной энергии, пропорциональной поверхности раздела газ-жидкость. Минимальное значение свободной энергии, соответствующее моменту равновесия, достигается при полном разделении пены на две фазы жидкость и газ,-т.е. при разрушении пены. Таким образом, пузырьки пены и пленки пены лопаются потому, что площадь (и, следовательно, поверхностная энергия) полученной капли (или капель) меньше площади первоначальной системы. Например, у пузырька, имеющего радиус 1 см и толщину стенок 10 см, площадь поверхности равна приблизительно 25 см2, и если он вызовет образование только одной капли, то поверхность ее будет около 0,1 см2. Разность энергий так велика, что, когда пленка лопается, образовавшаяся капелька жидкости летит со скоростью 1000 см/с. [c.70]

По сравнению с дисперсионными методы конденсации более многочисленны, разнообразны и находят широкое применение. Это объясняется тем, что в процессе конденсации происходит уменьшение удельной поверхности и свободной энергии системы. Простейшим примером образования коллоидных систем в результате конденсации пара может служить образование атмосферного тумана, в котором находятся мельчайшие капельки воды, образовавшейся путем конденсации влаги воздуха в результате его охлаждения. Количественные соотношения, определяющ,ие условия образования туманов как в природных, так и в производственных условиях, были недавно установлены А. Г. Амелиным. [c.335]

Если каплю ртути радиусом 1 см раздробить на капельки коллоидной дисперсности радиусом /-1 = 10- см, то получим 10 таких капелек с общей поверхностью 12,56-10 см . Свободная энергия этой поверхности [c.340]

Как и всякий кинетический процесс, коалесценция определяется движущей силой и сопротивлением. Разрушаются эмульсии и пены благодаря тому, что разделяющая фазы пленка стремится приобрести меньшую свободную энергию за счет сокращения поверхности. Как и свободная жидкость, прослойки между капельками эмульсии или пленки пены стремятся собраться в каплю. Следовательно, поверхностное натяжение и межмолекулярные силы создают тенденцию к коалесценции. [c.114]

Любая поверхность разрыва сплошности любой среды (жидкости или твердого тела) вследствие неуравновешенности молекулярного поля в плоскости разрыва обладает определенной величиной свободной энергии. Величина ее у различных веществ неодинакова и зависит от структуры контактирующихся тел и сил их межмолекулярного взаимодействия. Всякая же неуравновешенная система стремится занять энергетически наиболее выгодное положение, при котором ее поверхностная энергия была бы минимальной. Поэтому, например, капельки жидкости в воздухе или пузырьки газа, пропускаемого через жидкость, приобретают шарообразную форму. На поверхности твердого тела капля жидкости может полностью растечься или приобрести форму усеченной сферы в соответствии с суммарной величиной поверхностных энергий на границах раздела твердое тело (ТТ) —жидкость (Ж), твердое тело —газ (Г) и жидкость — газ по схеме, представленной на рис. 23. Необходимая для преодоления сил сцепления между твердым телом и жидкостью и жидкостью и газом термодинамическая работа адгезии Ц ад, отнесенная к единице поверхности раздела, численно равная сумме поверхностных энергий системы, определяется уравнением Дюпре [42] [c.68]

В процессе эмульгирования, т. е. дробления жидкости на капельки, происходит сильное увеличение суммарной поверхности раздела между двумя жидкими фазами, а вместе с этим и увеличение запаса свободной поверхностной энергии. На основании второго закона термодинамики система, обладающая большим запасом свободной энергии, неустойчива в ней будут идти самопроизвольно процессы, направленные в сторону уменьшения [c.243]

Если дисперсная фаза является жидкой, то в отсутствие внешних сил капельки приобретают сферическую форму. Объясняется это существованием избыточной свободной поверхностной энергии. Как известно, сфера обладает наименьшей поверхностью при данном объеме и процесс образования сфер идет самопроизвольно в соответствии со вторым началом термодинамики. В сферической капле все поверхностные молекулы не различимы между собой, но отличаются от объемных своей ориентацией. Поверхностные слои обычно характеризуются дальним порядком расположения ориентированных молекул (глава УП1), Эта особенность весьма существенна, ибо в результате организации микроструктур в дисперсных системах часто образуются ориентированные макроструктуры. [c.9]

Эмульсии представляют собой дисперсные системы двух нерастворимых или малорастворимых жидкостей. Одна из жидких фаз этой системы непрерывна и называется дисперсионной средой вторая жидкая фаза, дисперсная фаза, раздроблена на капельки — глобулы и равномерно распределена в дисперсионной среде. При образовании эмульсии увеличивается поверхность дисперсной фазы, на что затрачивается определенное количество работы. Эта работа выражается величиной свободной поверхностной энергии (см. гл. УП, 1). Степень измельчения, раздробленности дисперсной фазы называется степенью дисперсности, которая определяется либо величиной, обратной среднему диаметру глобул либо величиной поверхности раздела, [c.235]

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]

В термодинамической теории фазовых превращений рассматривается лишь равновесие между исходной и новой фазами при допущении, что последняя фаза достигла полного развития и поверхность раздела между обеими фазами является плоской. При этом под температурой перехода понимают температуру, при которой обе фазы могут оставаться в равновесии друг с другом неограниченно долгое время. Образование и начальное развитие новой фазы с достаточной для ее обнаружения скоростью возможно только при некотором отступлении от условий равновесия. Отступления от условия равновесия могут быть гораздо более существенными, чем необходимо для роста новой образующейся фазы. Фазовый переход пар— жидкость (жидкость— кристалл) возможен только в том случае, когда исходная паровая фаза оказывается в состоянии, исключаемом из рассмотрения в обычной термодинамике как термодинамически неравновесное. Оно может сохраняться в течение более или менее продолжительного времени, поскольку скорость возникновения новой фазы достаточно мала. Подобные состояния называются ме-тастабильными. Возникновение новой фазы в метастабильной паровой фазе происходит в форме зародышей, которые рассматриваются как маленькие капельки. Предположение, что маленькие капельки или комплексы частиц отличаются от макроскопических тел в жидком состоянии только своими размерами, не может считаться правильным [97]. В случае зародышей малых размеров в чрезвычайной степени возрастает роль поверхностной энергии и поверхностного натяжения при оценке общей и свободной энергии образуемой ими системы. Кульер в 1875 г. и Айткен в 1880 г. [98] обнаружили, что для образования облака путем адиабатического расширения влажного воздуха необходимо наличие маленьких частиц ш.ши. Если же воздух пыли не содержит, то образование облака начинается только при очень сильном расширении. [c.825]

Современные теории образования зародышей основаны на взглядах Гиббса, развитых в дальнейшем Фольмером. Теория Гиббса сводится к следующему. Образование кристаллических зародышей происходит при переходе системы из метастабиль-ного состояния в г/сгойчивое. Примерами метастабильного состояния являются состояния пересыщенного пара, пересыщенного раствора, переохлажденной или перегретой жидкости. В метастабильном состоянии данная фаза может существовать неопределенно долгое время без всяких изменений, пока в этой фазе не.появится зародыш другой фазы, например, капелька жидкости в пересыщенном паре, центр кристаллизации в переохлажденной жидкости или в пересыщенном растворе. Такое состояние может быть названо относительно устойчивым. Переход метастабильной фазы в стабильную всегда сопровождается уменьшением свободной энергии, всегда является самопроизвольным, за исключением стадии образования зародышей. Для создания зародыша необходима затрата свободной энергии на создание новой поверхности раздела фаз стабильной и метастабильной. Так как процесс перехода метастабильной фазы в стабильную на стадии образования зародыша сопровождается увеличением свободной энергии, то он не может происходить самопроизволь- [c.230]

Первой стадией диспергирования является растягивание капли жидкости в цилиндрик, что сопровождается увеличеЕшем поверхности дисперсной фазы и происходит с затратой работы для преодоления молекулярных сил поверхностного натяжения. Вытянутая капля становится неустойчивой и распадается на мелкие частицы, приобретающие сферическую форму. Этот распад является второй стадией процесса, сопровождается уменьшением поверхности и свободной поверхностной энергии. Образующиеся при перемешивании цилиндрики жидкости начинают распадаться на капельки только тогда, когда их длина становится больше длины окружности сечения. В третьей стадии происходят одновременно процессы коалесценции при столкновении капель и диспергирования образовавшихся капель. Однако чем меньше становятся капельки, тем труднее происходит их вытягивание. Под действием увеличивающегося капиллярного давления более мелкие капли делаются все более жесткими, сопротивляющимися изменению формы. Установлено, что диспергирование происходит не только при растяжении капель, но и даже при небольшом сжатии. [c.15]

Как и в любом другом переконденсационном процессе, явление изотермической перегонки вызвано наличием избытка свободной поверхностной энергии вследствие высокоразвитой поверхности аэрозоля. Согласно уравнению Томсона, давление пара над очень маленькими капельками, образующимися в начальной стадии конденсации, превышает давление пара над более крупными капельками. Поэтому даже при постоянной температуре распределение капелек по размерам в аэрозоле будет меняться со временем вследствие испарения более мелких капелек и конденсации образующегося пара на более крупных каплях. Этот процесс переконденсации [c.17]

В эмульсиях органических жидкостей в воде такое делееие на области коагуляции и эмульгирования не является столь определенным. При действии ультразвука происходят как коагуляция, так I эмульгирование, последнее — вследствие образования кавитаций. Прн высоких интенсивностях облучения вблизи свободной поверхности (жидкость/пар) и поверхности раздела обеих жидких фаз коагуляция и эмульгирование уравновешивают друг друга, н поэтому нельзя выделить один из этих процессов. Однако в объеме жидкости при определенных условиях можно наблюдать стоячие волны и зоны накапливания (и коагуляции) вещества. Для эмульгирования требуется энергия, превышающая определенное предельное значение, поэтому коагуляция может происходить только при энергиях, менйших этой предельной, а также при достаточно высоком внешнем давлении, при действии которого в жидкости не образуются кавитации, а следовательно, не происходит и эмульгирования. Скорость накопления капелек в узлах (или в пз чностях) в значительной степени зависит от размеров капелек. При длинах волн, применявшихся Бонди и Зельнером, такое накопление протекало быстро, когда капельки имели диаметр меньше 1 р. Накопление и коагуляция частиц практически не наблюдаются, если частнць обладают истинно коллоидными размерами. [c.554]