Межфазной поверхности

Поверхностное натяжение как мера энергии Гиббса

Фактором интенсивности поверхностей энергии является поверхностное натяжение, обусловленное нескомпенсированным полем межмолекулярных сил на межфазной поверхности. По и законам термодинамики изменение внутренней энергии гетерогенной системы можно выразить уравнением:

При имеем:

,

т.е. поверхностное натяжение есть частная производная от внутренней энергии по площади поверхности раздела фаз при .

и законы термодинамики можно записать и относительно других термодинамических потенциалов G, F и H, тогда

(3.6)

Следовательно, - есть частная производная по площади от любого термодинамического потенциала при постоянных соответствующих параметрах. Наиболее часто выражают через производную от энергии Гиббса, т.к. легко осуществить экспериментально.

Если сравнить и , то видно, что характеризует межфазную поверхность, а - растворенное вещество.

Изменение энергии Гиббса поверхности можно представить энергию Гиббса, приходящуюся на единицу поверхности , т.е. или

(3.7)

Термодинамические параметры единицы поверхности не меняются с изменением площади поверхности для индивидуальных веществ (). Для них энергия Гиббса поверхность линейно связана с площадью поверхности вплоть до больших удельных поверхностей. Следовательно, индивидуальных веществ является удельной энергией Гиббса поверхности. У растворов удельная энергия Гиббса зависит от удельной поверхности, т.е. меняется состав поверхностного слоя, поэтому .

Единицы измерения :

СИ

СГС больше у веществ, имеющих

Поверхностное натяжение - это работа переноса молекул из объема тела на поверхность. обусловлено работой, расходуемой на разрыв межмолекулярных связей. Чем сильнее межмолекулярные силы, тем больше . Поверхностное натяжение меньше у неполярных молекул и больше у полярных. Оно больше у веществ, имеющих водородные связи ()

бензол -

анилин -

вода -

Наиболее общим и четким по физическому смыслу (ля жидких, твердых и газообразных веществ) является представление о поверхностном натяжении как о работе образования единицы поверхности. У твердых тел межатомные и межмолекулярные силы больше, следовательно, больше и , и .

Методы определения поверхностного натяжения

Изменение энергии и силы разрыва межмолекулярных связей лежит в основе методов определения . Для определения жидкостей используется:

1. Метод взвешивания (отрыва) капель

2. Метод отрыва кольца

3. Метод отрыва пластинки Вильгельми

При расчете используют соотношение:

где - вес капли или сила отрыва кольца, пластинки от поверхности жидкости

- периметр поверхности разрыва

В нашем лабораторном практикуме на границе жидкость-газ определяется методом наибольшего давления пузырька.

твердых тел определяется, как правило, косвенными методами или рассчитывается на основе теории элементарной решетки. Эти методы не являются точными.

Дата добавления: 2014-01-11