Энергия образования поверхности жидкости

Необходимым общим условием стабильного существования поверхности раздела между двумя фазами является положительное значение свободной энергии образования поверхности раздела будь она отрицательной или нулевой, случайные флуктуации вызывали бы непрерывное расширение поверхности и в конце концов привели бы к полному диспергированию одного материала в другом. Примерами поверхностей раздела, свободная энергия которых в расчете на единицу площади такова, что диспергирующим силам не оказывается какого-либо противодействия, являются поверхности раздела между двумя разреженными газами, двумя смешивающимися жидкостями или твердыми телами. Даже в случае двух несмешивающихся жидкостей присутствие соответствующего третьего компонента может так влиять на свободную энергию межфазной поверхности, что происходит самопроизвольное эмульгирование (см. разд. ХП-5). [c.9]

Под бесконтактными жидкостными уплотнениями понимают устройства, уплотняющее действие которых достигается в результате потерь энергии при движении жидкости в каналах, образованных элементами уплотнения, имеющими неподвижные и подвижные поверхности. Бесконтактные уплотнения применяют для герметизации вращающихся валов перемешивающих устройств вертикальных аппаратов при окружной скорости вала до 40 м/с, рабочей температуре жидкости от —180 до 350°С и кинематической вязкости 1 10 м7с. [c.244]

Пористые мембраны представляют гетерогенные системы с весьма развитой поверхностью раздела твердое тело (матрица)— газ. Известно, что состояние газа или жидкости вблизи поверхности раздела фаз отличается от свойств той же среды в большом объеме. Особенности поведения веществ в этой области принято называть поверхностными явлениями. Термодинамически поверхностные явления трактуются как проявление особого вида взаимодействия системы, которое характеризуется уменьшением свободной энергии Гиббса при переходе вещества из объемной в поверхностную фазу. Убыль свободной энергии Гиббса пропорциональна площади поверхности и количественно определяется работой, которую необходимо затратить на образование поверхности или перемещения массы из объема в поверхностный слой в изотермическом процессе. Следовательно, речь идет о существовании потенциала поверхностных сил. [c.42]

Если же взять две несмешивающиеся жидкости, например воду и бензол, и разрезать такой столб по границе их раздела, то на образование поверхности бензола мы затратим работу оа, а на образование поверхности воды Оь При этом высвободится количество энергии 01,2, соответствующее поверхностному натяжению, которое существовало на границе раздела вода — бензол. Таким образом, полная работа разделения двух несмешивающихся жидкостей, или работа адгезии Аа, (равна [c.33]

Если твердое тело погрузить в жидкость, происходит смачивание его поверхности. При этом исчезает граница раздела твердое тело — газ и возникает граница раздела твердое тело — жидкость. Поскольку полная энергия первой поверхности всегда больше полной энергии второй поверхности, то происходит выделение энергии в форме теплоты. Эта энергия носит название теплоты смачивания и представляет собой убыль полной энергии при образовании межфазной поверхности жидкость — твердое тело. Теплота смачивания является чувствительной мерой гидрофобности или гидрофильности поверхности. В случаях, когда весьма затруднительно определить краевой угол (например, при смачивании порошков), она является единственной характеристикой смачивания. [c.199]

При изучении характера поверхности порошкообразных или пористых материалов измерение угла смачивания 0 затруднительно, поэтому используют другие характеристики процесса смачивания. Например, можно количественно определить калориметрическим методом теплоту смачивания, которая выделяется при погружении твердого вещества в жидкость. Теплоту смачивания обычно относят к единице поверхности или массы смачиваемого вещества и выражают в Дж/м или Дж/кг. Смачивание твердой поверхности жидкостью приводит к образованию новой фазовой границы твердое тело — жидкость вместо исходной границы раздела твердое тело — воздух и сопровождается уменьшением поверхностной энергии Гиббса. Теплота смачивания равна изменению полной поверхностной энергии 1 кг твердого вещества при перенесении его из воздуха в жидкость и связана с изменением поверхностной энергии уравнением Гиббса—Гельмгольца [c.314]

Поверхностное натяжение - избыток свободной энергии, приходящейся на образование единицы площади поверхностного слоя при постоянной температуре. Это натяжение возникает на свободной поверхности жидкости или на границе раздела фаз. Обусловлено оно различием сил межмолекулярного взаимодействия в различных фазах. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара. [c.10]

Энергия А диспергирования жидкости так же, как и твердого тела, пропорциональна образованной поверхности 5 и равна ее произведению на поверхностное натяжение жидкости [c.102]

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]

Для твердых поверхностей следует отметить принципиальное различие понятий поверхностного натяжения о и поверхностного напряжения т. Первое выражает работу, необходимую для образования единицы площади поверхности, удельную свободную поверхностную энергию, тогда как второе включает также работу растяжения поверхности. В мысленном эксперименте, на первой стадии деления твердого тела или жидкости па части образуется свежая поверхность, где атомы фиксированы в положениях, которые они сохраняли, находясь в объемной фазе. Во второй стадии они перемещаются в поверхностном слое, занимая новые равновесные положения. Для жидкостей обе стадии протекают одновременно, практически мгновенно и а = т. В твердых телах вторая стадия может затянуться на многие часы и годы и в теле сохраняется напряжение. Таким образом, X можно определить как внешнюю силу, приходящуюся на единицу длины, которую нужно приложить при образовании поверхности для того, чтобы атомы сохранили прежние равновесные (в объеме фазы) положения. [c.125]

Энергия когезии — работа разрыва жидкости или образования двух новых поверхностей жидкость — газ (рис. 114, б) [c.215]

Растекание одной жидкости по поверхности другой. Гаркинс и его сотрудники подробно рассмотрели термодинамику образования новой поверхности, возникающей при соприкосновении двух жидкостей. Если жидкость В растекается изотермически и обратимо на поверхности жидкости А, то поверхность а исчезает и вместо нее появляется поверхность Ь кроме этого, образуется поверхность раздела ад. Уменьшение свободной энергии АО, сопровождающее растекание, дается выражением [c.283]

Поверхностная энергия жидкости на границе с данной средой количественно характеризуется величиной удельной поверхностной энергии или коэффициентом поверхностного натяжения сг. Он выражается величиной работы в джоулях, которую необходимо затратить при образовании 1 м новой поверхности или в единицах силы, действующей на единицу длины поверхности (н/ж) и стремящейся предельно сократить поверхность жидкости, [c.49]

Рассмотрим, например, сферический зародыш с радиусом г (объемом поверхностью 4пr ), межфаз-ным натяжением а, плотностью р и молекулярной массой М. Молярную свободную энергию жидкости обозначим а твердого тела Оч. Изменение функции О при образовании такого зародыша АСз складывается, во-первых, из разности между свободными энергиями твердого тела и жидкости и, во-вторых, из свободной энергии образования новой поверхности, равной произведению Апг а. Таким образом [c.285]

Поверхностные заряды в больших резервуарах значительно опаснее, чем в малых, так как путь утечки зарядов в них длиннее, а энергии накапливается больше. Резервуары и емкости объемом более 50 м должны быть присоединены к заземлителю не менее чем в двух диаметрально противоположных точках. Наиболее радикальным средством против образования поверхностных зарядов является строительство резервуаров, не имеющих свободной поверхности жидкости (резервуары с плавающей крышей, с понтоном). [c.58]

Каждая молекула в объеме жидкости (рис. 2) окружена со всех сторон другими молекулами и поэтому испытывает всестороннее притяжение (ионного, дисперсионного и иного характера). Молекулы же, расположенные на поверхности жидкости, испытывают со стороны соседних молекул когезионное притяжение, направленное вовнутрь и в стороны, не испытывая при этом уравновешивающего притяжения со стороны пограничных молекул второй фазы. Это приводит к образованию у молекул поверхностного слоя свободной энергии, присущей всему объему конкретной жидкости. С молекулярной точки зрения при диспергировании одной жидкости в другой эта энергия численно равна работе, затрачиваемой на преодоление притяжения, направленного в глубь жидкости, при выводе молекул из объема одной фазы к поверхности их раздела. Причем величина этой работы для каждой пары жидкостей строго определенная. [c.8]

Всем хорошо известны следующие факты вода образует капли, но эти капли не проникают сквозь крошечные дырочки в ткани зонтика водяные пауки удерживаются на поверхности воды невидимой пленкой одни жидкости могут смачивать стенки сосуда (вода в стеклянном цилиндре), а другие не смачивают их (ртуть в барометрической трубке). Все эти факты свидетельствуют о том, что поверхность жидкости обладает особой энергией. В гл. 11 было показано, что поверхностная энергия жидкости, иногда называемая поверхностным натяжением, объясняется неравенством межмолекулярных сил, действующих со всех сторон на молекулы поверхностного слоя жидкости. Поверхностное натяжение является количественной мерой энергии, необходимой для образования 1 см новой поверхности. [c.494]

В чистых жидкостях единственной возможностью уменьшения свободной энергии системы является уменьшение величины поверхности. При образовании пленки жидкости на проволочном каркасе АВ (рис. 28) стремление пленки к [c.75]

Работа образования поверхности, отнесенная к единице поверхности жидкости, называется удельной поверхностной энергией и обозначается через У- [c.389]

Поверхностное натяжение и смачивающая способность силикатных расплавов. Как уже было отмечено, в технологии силикатов в процессе переработки исходных сырьевых материалов при высоких температурах материал, как правило, переходит частично в расплавленное состояние. Это приводит к появлению границ раздела фаз разных типов твердое — жидкость и жидкость — газ, причем твердое вещество, как правило, состоит из двух и более конкретных фаз. На границе раздела фаз атомы или молекулы находятся в особом состоянии, отличном от их состояния в объеме вещества. Это объясняется тем, что в отличие от атомов, находящихся внутри вещества, которые со всех сторон координированы (окружены) другими атомами и сила взаимодействия которых с соседними атомами компенсирована, атомы на поверхности окружены соседними только частично, вследствие чего часть их силы притяжения не компенсируется и не используется для связи с решеткой. Это приводит к тому, что поверхностные атомы обладают избытком свободной энергии. Полная поверхностная энергия Es представляет собой сумму свободной поверхностной энергии ст и скрытой теплоты образования поверхности д [c.114]

При очистке материалов, характеризующихся низкой величиной поверхностной энергии, коэффициент растекания не имеет решающего значения, поскольку в процессе стирки не наступает самопроизвольного смачивания, как это наблюдается для некоторых гидрофильных волокон. Иначе говоря, для гидрофобных поверхностей специфическое влияние ПАВ сказывается, главным образом, на коалесценции, потому что отрыв частиц загрязнений происходит благодаря механическим воздействиям. Такое отделение капелек масла от подложки требует сравнительно малых затрат энергии, равных приблизительно работе образования новой поверхности жидкости ( ЪО эрг см ). [c.132]

Как указывалось выше, стабильность той или иной геометрической формы заданного объема жидкости связана с поверхностным натяжением на границе раздела между этой жидкостью и окружающей средой. Переход от дискретной сферической формы (капли) к непрерывной цилиндрической нити связан с приданием системе дополнительной энергии (напрпмер, кинетической). Обратный переход от непрерывной нити к дискретным сферическим каплям требует преодоления энергетического барьера, величина которого определяется произведением вновь образованной поверхности на поверхностную энергию. [c.242]

Изменение свойств дисперсионной среды в непосредственной близости к частице дисперсии, образование адсорбционно-сольватной оболочки, обладающей повышенной вязкостью (в некоторых случаях — пристенное скольжение если энергия взаимодействия молекул жидкости с поверхностью твердого тела значительно меньше, чем энергия взаимодействия молекул жидкости между собой, наблюдается кажущееся снижение вязкости). [c.13]

Свободная поверхностная энергия Р профилей I—3 различна и в первом приближении может считаться пропорциональной ст5, где 5 — площадь поверхности жидкости. При образовании пологого профиля (кривая 2) значения 5 и, следовательно, Р уменьшаются по сравнению с профилем 1 без переходной зоны. Это эквивалентно действию отрицательного линейного натяжения на линии трехфазного контакта. По этой причине теории, использующие для расчетов профиля переходной зоны уравнение (4), могут давать только отрицательные значения линейного натяжения. [c.32]

Ректификация и абсорбция осуществляются при помощи массообменных аппаратов, конструкция которых зависит от технологической схемы, относительного движения газа и жидкости и способа образования поверхности контакта фаз. Схема аппарата. определяется в первую очередь его назначением, условиями рекуперации тепловой энергии и многими другими факторами. [c.12]

Самопроизвольное сокращение поверхности жидкости указывает на существование свободной энергии поверхности. Поэтому цри изотермическом процессе образования каждой новой единицы поверхности затрачивается определенная работа. Эта работа, являющаяся мерой свободней энергии единицы поверхности жидкости, называется удельной поверхностной энергией и представляет собой уделышй (на 1 см ) изобарный потенциал поверхности. [c.329]

Равновесие в гетерогенных системах возможно только ири условии положительной энергии Гиббса образования поверхности. Так как атомы или молекулы жидкости или твердого тела, находящиеся на поверхности, обладают большей энергией, чем внутри конденсированных фаз, поверхностную энергию, как уже отмечалось, рассматривают как избьпок энергии, приходящийся па единицу поверхности. Атомы и молекулы поверхностного слоя как бы находятся на полпути перехода в иар. Они появляются на поверхности в результате разрыва определенных связей, благодаря чему и обладают большей потенциальной энергией. Увеличение поверхности приводит к возрастанию числа молекул или атомов на поверхности, т. е. числа частиц, не имеющих связей с внешней стороны. Таким образом, увеличение иоверхности сопровождается [c.30]

Производная дПдТ для всех жидкостей отрицательна. Поэтому величина Я , представляющая собой энергию, необходимую для образования новой поверхности единичной площади, всегда больше величины Г, представляющей собой работу, затрачиваемую на образование поверхности. Энергия, равная разности —Г, подводится от соседних слоев жидкости вследствие охлаждения поверхности при растяжении. [c.80]

Еще одно важное физико-химическое явление, связанное с существованием избыточной поверхностной энергии,— это образование пересыщенных систем. При закипании жидкости образуются пузырьки (зародыши) газовой фазы в толще жидкости. Конденсация пара начинается с образования капель жидкости — зародышей жидкой фазы. Чтобы началось замерзание жидкости или выпадение твердого вещества из его насыщенного раствора, должны появиться кристаллы замерзающей жидкости или растворенного вещества— зародыши твердой фазы. Первоначальный размер зародышей новой фазы очень мал, следовательно, они имеют высокую по отношению к их объему поверхность и тем самым значительную избыточную поверхностную энергию. Это затрудняет их образование. Поэтому в определенных условиях пар может быть охлажден до температуры, существенно более низкой, чем температура конденсации, т. е. может образоваться пересыщенный пар. Аналогично, жидкость в ряде случаев может быть нагрета выше температуры кипения, т. е. может быть получена перегретая жидкость. Точно так же возмол сно охлаждение жидкости ниже температуры замерзания, т. е. образование переохлажденной жидкости. При охлаждении раствора твердого вещества, растворимость которого падает с уменьшением температуры, можно без выпадения осадка растворенного вещества понизить температуру ниже гой, при которой раствор становится насьшхенным, т. е. получить пересы-щенный раствор. [c.310]

Следовате.дьно, сгущение внутренней энергии в поверхностном слое в Шираком интервале температур не зависит от температуры (см. рис. I—5) и может рассматриваться, как было отмечено Эйнштейном, в качестве универсальной характеристики поверхности жидкой фазы (см. табл. 2). Постоянство г свидетельствует о том, что сгущение теплоемкости С-1 = с1е/ Т в поверхностном слое в рассматриваемом случае однокомпонентной жидкости равно нулю. Это означает, в спою очередь, что поверхность не сообщает молекулам дополнительных степеней свободы конечное же положительное значение т] говорит о том, что имеющимся степеням свободы присуща более высокая энтропия (они более свободны ) . Падению поверхностного натяжения о с ростом температуры при постоянном значении величины е отвечает рост скрытой теплоты образования поверхности т)Т. [c.21]

В скрубберах ударно-инерционного действия (называемых в литературе также газопромывателями ударного действия, импакторными и брыз-гальными скрубберами, скрубберами с самораспылением или с самогене-рацией капель, ротоклонами типа Ы) смесь обрабатываемых выбросов с промывочной жидкостью создается в результате удара газового потока о поверхность жидкости. Образующиеся при ударе капли имеют размеры до 400 мкм Вся энергия, необходимая для создания смеси, подводится газовым потоком. Наиболее простая конструкция импакторного скруббера представлена на рис.5.12, а. Широко известный скруббер Дойла (рис.5.12, б) отличается от него наличием направляющих лопаток и сепаратора уноса. В аналогичном по конструкции промывателе типа ПВМ (пылеуловители вентиляторные мокрые), разработанном ЦНИИПромзданий, загрязненные газы подаются непосредственно в корпус аппарата, а приобретают необходимую скорость для образования смеси уже в щелевом канале. Схема движения газового потока в камере этого аппарата приведена на рис.5.12, в. Достаточно распространены и так называемые ротоклоны типа N отечественных и зарубежных конструкций, отличающиеся от промывателей ПВМ [c.209]

Другой причиной появления разрывов на пленке и образования капель является так называемая аутофоби-зация [60, 103]. Это явление обусловлено тем, что некоторые жидкости не могут растекаться по своему же первому мономолекулярному слою, уже сорбированному на поверхности твердого тела. Органические жидкости, углеродная цепь которых заканчивается с одной стороны полярной группой, а с другой — неполярной, могут ориентированно сорбироваться на поверхности. Если критическое поверхностное натяжение вновь образованной поверхности меньше, чем у жидкости, то дальнейшего растекания уже не происходит. Это явление наблюдается главным образом при смачивании неразветвленными алифатическими спиртами и жирными кислотами, а для разветвленных или циклических молекул ауто( х)бизация нехарактерна. Поверхностное натяжение некоторых неподвижных фаз, например полиметилси-локсановых, меньше критического поверхностного натяжения их адсорбированного мономолекулярного слоя, поэтому такие неподвижные фазы хорошо смачивают поверхности с высокой энергией. В то же время многие неподвижные фазы на основе полиэфиров подвергаются на поверхности гидролизу критическое поверхностное натяжение мономолекулярного слоя образующихся при этом спиртов меньше, чем поверхностное натяжение наносимой неподвижной фазы. Этот эффект наблюдается также для таких смесей, у которых одна из составляющих сорбируется легче. [c.55]

В аппарате возникают сложные циркуляционные потоки. Небольшая их часть проходит в непосредственной близости от мешалки, подвергаясь мопщому динамическому воздействию. При обработке систем жидкость—жидкость или жидкость—газ именно эта зона является сильным источником дисперсии. В аппарате формируется сложный процесс образования частиц с изменяющейся во времени поверхностью контакта фаз (рис. 6.10.1.2). Однако даже при известной поверхности контакта фаз, например в системах жидкость—твердое, возникают не меньшие трудности в определении потоков переноса массы и энергии через поверхность раздела фаз, поскольку они имеют тот же спектр, что и диссипируемая мощность. [c.591]

К еще более полному пониманию структуры поверхности жидкостей приводит нас изучение поверхностной энергии на границе жидкость — жидкость. Свободная поверхностная энергия жидкости относительно ее пара (имеется в виду пар малой плотности) измеряется работой, требующейся для переноса молекулы изнутри жидкости в слой, по одну сторону которого молекулярное притяжение ничтожно. Между тем, молекула, попадающая в поверхность раздела двух несмешивающихся жидкостей, оказывается в такой зоне, где силовые поля еще значительны поэтому требующаяся для этого энергия доллша быть меньше, т. е. межповерхностнэя анергия меньше суммы поверхностных энергий двух компонентов и может быть примерно оценена в половину этой величины. Приблизительно такие данные получаются для парафинов и воды (табл. 2). Для полярных соединений, как гептиловая кислота, наблюдаются значительные отклонения, причем наблюдаемые значения оказываются гораздо ниже, чем рассчитанные указанным способом. Это говорит о том, что для образования поверхности кислота — вода требуется гораздо меньше энергии, чем для поверхности парафин — вода. [c.65]

Термин поверхностное натяжение является более ранним он воз-врашает нас к старым представлениям о том, что поверхность жидкости как бы стянута своего рода оболочкой. Однако при этом может сложиться ошибочное впечатление, что при растяжении поверхности жидкости молекулы, находящиеся на поверхности, переходят в более напряженное состояние. Из термина поверхностная свободная энергия следует только, что для образования дополнительной поверхности, т. е. для переноса молекулы из объема фазы в поверхностный слой, требуется определенная работа. По этой причине, а также вследствие того, что термин поверхностная свободная энергия легче связать с обычным языком химической термодинамики, автор считает, что следует отдать предпочтение именно этому понятию. [c.11]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология