ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхностная энергия из "Курс коллоидной химии 1984" Для плоского поверхностного слоя величина а не зависит от положения разделяющей поверхности. Это утверждение доказывается в работе Гиббса. Определение а 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 раньще (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.51] Размерности в обоих определениях должны совпадать. Действительно Дж/м2 = Н-м/м-м = Н/м эрг/см = дин-см/см-см = = дин/см. Таким образом, а может быть представлена как стягивающая сила, направленная тангенциально и отнесенная к единице длины контура. [c.51] Оба определения вполне эквивалентны, поскольку работу увеличения поверхностного слоя в тангенциальной плоскости всегда можно формально представить как работу против силы, действующей в этой плоскости. Поэтому для поверхностного слоя действительны уравнения механического равновесия упругой пленки, известные из механики, и а может быть выражена строго через две компоненты (тангенциальную и нормальную) тензора давления. Следует заметить, что никаких особых сил, отличных от межмолекулярных, в поверхностном слое нет. [c.51] Рассмотрим более подробно величину а иа границе чистой неассоциированной жидкости с воздухом или собственным паром. С увеличением температуры значение а уменьшается. Объясняется это тем, что межмолекулярные силы падают с увеличением среднего расстояния между молекулами и избыток энтропии в поверхностном слое (S = —дР/дТ) оказывается существенно положительным. Следовательно, изотермический обратимый процесс образования поверхности должен идти с поглощением теплоты для поддержания Т = onst необходим подвод ее извне. [c.52] Таким образом, величина S является температурным инвариантом. Благодаря этому свойству удельная поверхностная энергия— одна из важнейших характеристик межмолекулярных сил в чистых жидкостях. Для воды (при 20°С) а = 72,75-10 Дж/м или 72,75 эрг/см = 118,0 эрг/см (от 4 до 100°С). [c.52] Наблюдаемые отступления показывают, что наряду с электростатической существуют и другие компоненты молекулярных сил, проявляющиеся, в частности, для молекул с двойными связями (СбНб, СбНбЫНа). Отметим, что ртуть не является электрически полярной (дипольной) л идкостью, однако интенсивность силового поля для Н весьма велика. [c.53] Значения а для границы жидкости с воздухом и с собственным паром вдали от Т р практически совпадают. Интенсивностью силового поля в газовой фазе можно пренебречь (при Т С 7 кр). [c.53] На границе твердого тела с жидкостью или газом также суш,е-ствует избыточная свободная поверхностная энергия (° 1г)-Трактовка этой величины как межфазного натяжения затруднена вследствие необратимости процессов образования новой поверхности сравнение с эластичной пленкой является в этом случае еще менее наглядным. Значения и сг. для большинства твердых тел превышают значения и сг , поскольку интенсивность силового поля в твердых телах больше, чем в жидких. В настоящее время не существует строгих методов экспериментального определения о.рр и ввиду трудности измерения работы обратимого изменения а на этих границах. Однако косвенные методы и теоретические расчеты показывают, что значения для твердых тел имеют обычно порядок сотен и даже тысяч эрг/см при комнатной температуре (см. раздел IX. 1). [c.54] Рассмотрим далее трехфазные системы, например, каплю жидкости на твердой поверхности или пористое тело, частично заполненное жидкостью. В таких системах сосуществуют три объемные фазы, разделенные и в то же время связанные тремя поверхностными слоями, каждый из которых характеризуется собственным, независимым от других значением о (или ). Их соотношение определяет условия сосуществования объемных фаз, в частности условия механического равновесия. От этих величии зависит и поведение жидкости на поверхности твердого тела,— будет ли она растекаться или, наоборот, собираться в капли. [c.54] Вернуться к основной статье