Жидкости и их свойства. Поверхностное натяжение. Коэффициент поверхностного натяжения

Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объем системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Свободную поверхностную энергию, приходящуюся на единицу поверхности жидкости, называют коэффициентом поверхностного натяжения. Коэффициент поверхностного натяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу. Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. С ростом температуры уменьшается и при критической температуре обращается в нуль.

34. Условия равновесия на границе жидкость—твёрдое тело.

Рассмотрим условия смачивания и несмачивания на границе жидкости с твердым телом. Следует отметить, что поверхностным натяжением обладают не только жидкости, но и твердые тела. Наличие в твердых телах строго периодической кристаллической структуры свидетельствует о наличии в них сил притяжения между молекулами. Благодаря наличию этих сил поверхностное натяжение возникает и в твердых телах.

Пусть капля жидкости 2 помещена на поверхность твердого тела 1 (рис.1). На рисунке указаны силы поверхностного натяжения, действующие на границе жидкость-твердое тело (), жидкость-газ () и твердое тело-газ (). Ясно, что поведение капли на поверхности твердого тела зависит от величины этих сил.

Рассмотрим два случая. Если ,то жидкость 2 растекается по поверхности тела 1 до образования очень тонкой пленки вплоть до образования мономолекулярного слоя. При выполнении этого условия наступает полное смачивание жидкостью поверхности твердого тела. Угол θ при этом равен 0. Если при некотором соотношении между , а также значении косинус оказывается справедливым равенство: ;то имеет место, так называемое неполное смачивание. Жидкость 2 растекается по поверхности твердого тела до тех пор, пока не выполнится равенство

Угол θ при этом является острым (рис.2). Некоторые жидкости на поверхности твердого тела образуют капли, равновесная форма которых определяется неравенством о имеет место так называемое неполное смачивание. При этом угол θ является тупым углом (рис.3). Силы тремятся придать капле сферическую форму, чему препятствует действующая на каплю сила тяжести. В этом случае имеет место частичное несмачивание. В реальной ситуации при взаимодействии жидкости с твердым телом реализуются, как правило, две возможности – либо частичное смачивание(, либо частичное несмачивание(. Смачивание, явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или другие жидкости. Оно выражается, в частности, в растекании жидкости по твёрдой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) или другой жидкостью, пропитывании пористых тел и порошков, искривлении поверхности жидкости у поверхности твёрдого тела. Так, Смачивание вызывает образование сферического мениска в капиллярной трубке, определяет форму капли на твёрдой поверхности или форму газового пузырька, прилипшего к поверхности погруженного в жидкость тела. Смачивание часто рассматривают как результат межмолекулярного (вандерваальсова) взаимодействия в зоне контакта трёх фаз (тел, сред). Однако во многих случаях, например при соприкосновении жидких металлов с твёрдыми металлами, окислами, алмазом, графитом, Смачивание обусловлено не столько межмолекулярным взаимодействием, сколько образованием химических соединений, твёрдых и жидких растворов, диффузионными процессами в поверхностном слое смачиваемого тела.

Дата добавления: 2015-06-04