Растворимость

Поверхностное натяжение

У молекул, находящихся внутри объема покоящейся жидкости, силы притяжения взаимно уравновешиваются, а у молекул, расположенных на границе жидкости и газа (воздуха), т.е. в поверхностном слое, система молекулярных сил оказывается неуравновешенной из-за отсутствия притяжения со стороны молекул воздуха.

Поэтому появляется сила, направленная внутрь объема жидкости, называемая силой молекулярного давления. Таким образом, молекулы поверхностного слоя находятся в особом напряженном состоянии, характеризуемом силами поверхностного натяжения, которые стягивают поверхность, стремятся ее сократить.

Вследствие сил поверхностного натяжения объем жидкости, на который не действуют никакие силы кроме молекулярных, принимает сферическую форму.

Сила поверхностного натяжения характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения, который представляет собой силу, действующую по касательной к поверхности жидкости и приходящуюся на единицу длины линии раздела соседних частей поверхности.

Единицей измерения давления в системе СИ является Па (Н/м), в технической — кгс/м, в СГС — дин/см.

Молекулярное давление зависит от кривизны поверхности раздела жидкой и газообразной среды (свободной поверхности). Однако эта зависимость проявляется лишь в малых объемах, например в трубках малого диаметра.

Особо тонкие трубки называют капиллярами. Кривизна свободной поверхности в таких трубках определяется типом поверхности трубки. У смачиваемых поверхностей силы сцепления между молекулами твердой поверхности и молекулами жидкости выше молекулярных сил взаимодействия внутри жидкости, а у несмачиваемых — меньше.

В месте соприкосновения частиц жидкости свободной поверхности со смачиваемой твердой стенкой они подтягиваются вверх, и в трубке образуется вогнутая поверхность — вогнутый мениск. В случае несмачиваемой поверхности в трубке устанавливается выпуклый мениск.

Свойство газов образовывать с капельными жидкостями растворы (растворимость) характеризуется коэффициентом растворимости к, который представляет собой отношение объема растворенного газа V_г, соответствующего атмосферному давлению и температуре 0°С, к объему жидкости V_ж:

к= /V_ж-

Объем газа, растворенного в капельной жидкости до ее полного насыщения, определяется выражением

К = кV_жр₂/р_и

где V_ж — объем жидкости; и р₂ — соответственно начальное и конечное давление на поверхности раздела жидкости и газа.

Коэффициент растворимости зависит от свойств жидкости и газа.

Например, в смесях минеральных масел, применяемых в гидросистемах, коэффициенты растворимости воздуха и азота соответственно равны 0,1 и 0,12.

Растворимость воздуха в масле до насыщения обратно пропорциональна плотности масла. Так, коэффициент растворимости при температуре 20 °С у масла АМГ-10, имеющего плотность 834 кг/м³, равен 0,104, а у индустриального масла И-12 с плотностью 901 кг/м³ этот коэффициент равен 0,076 |4|.

Растворимость воздуха в масле прямо пропорциональна температуре.

Количество растворенного газа, как следует из выражения (1.8), зависит от давления.

Например, при повышении абсолютного давления с 7,09 до 10,9 МПа объем растворенного воздуха в масле увеличивается на 50 %, а при снижении абсолютного давления с 83 до 3 кПа (т.е. увеличении вакуума с 15,2 до 95,4 кПа) при комнатной температуре коэффициент выделения воздуха из масла АМГ-10 возрастает с 1,4 до 9,1 %.

Выделяющийся из масла воздух увеличивает содержание нерастворенного воздуха в рабочей жидкости гидросистем, что способствует окислению масла, снижает производительность насосов, а при низких давлениях повышает упругость рабочей среды и поэтому не позволяет пренебрегать ее сжимаемостью.

Дата добавления: 2014-12-07