Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение

Все твердые и жидкие тела ограничены внешней поверх­ностью. Равнодействующая всех межмолекулярных сил, действующих на данную молекулу в глубине вещества, равна нулю, а равнодействующая всех межмолекулярных сил, действующих на молекулу, находящуюся на поверхности, направлена в глубь вещества перпен­дикулярно поверхности (рис 1.1).

Рис. 1.1. Схема сил, действующих на молекулу

Это значит, что поверхностный слой обладает избытком энергии, которая называется свободной поверхностной энергией. Энергия, приходящаяся на 1 м² поверхности, называется удельной свободной поверхностной энергией σ и измеряется в Дж/м². σ равна работе, затрачиваемой на обратимое образование в изотермических условиях 1 м² поверхности. Так как Дж = Н · м, то σ может измеряться в Н/м (ньютон/метр). Поэтому удельную свободную по­верхностную энергию называют также поверхностным натяжением.

Общая свободная поверхностная энергия

Gпов = s · , (1.1)

где - площадь поверхности, м².

Так как самопроизвольно протекают процессы, в которых ∆G < 0, то из уравнения (1.1) следует, что:

1) при постоянной величине σ (т.е. при постоянных составе поверхностного слоя, температуре и т.д.)

∆G = s · ∆ ,

т.e. ∆Gпов < 0, если ∆ < 0, и самопроизвольно могут протекать процессы, приводящие к уменьшению поверхности. Например, жидкость в условиях невесо­мости принимает шарообразную форму (наименьшая площадь поверх­ности при данном объеме - именно у шара), а мелкие капли стремятся слиться, так как при этом общая поверхность капель уменьшается;

2) при постоянной поверхности ( = const)

∆G = ∆s · ,

т.e. ∆Gпов < 0, если ∆s < 0, и самопроизвольно могут протекать процессы, приводящие к уменьшению удельной поверхностной энергии. Величина s, как и силы межмолекулярного взаимодействия, зависит от природы моле­кул, находящихся в поверхностном слое. Поэтому самопроизвольно на поверхность будут стремиться "попасть" молекулы, характери­зующиеся наиболее слабыми межмолекулярными взаимодействиями, а это значит, что концентрации таких молекул в объеме и на по­верхности будут разными, т.е. будет протекать адсорбция моле­кул в поверхностном слое.

Дата добавления: 2015-07-24