Контакт трех фаз. Когезия, адгезия, смачивание, растекание

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ.

Поверхностное натяжение различных конденсированных тел на границе с газом непосредственно связано с межатомным и межмолекулярным взаимодействием в конденсированной фазе.

Когезией называется сила сцепления одинаковых молекул, атомов, ионов внутри одной фазы (гомогенной части системы), определяющая прочность данного тела.

Когезии противопоставляется адгезия – сила взаимодействия между молекулами двух разнородных тел, обуславливающая прилипание друг к другу этих тел.

Если имеется система из молекул однородной жидкости (например, воды), то для создания новых поверхностей раздела (например, вода – воздух) потребуется затрата работы. Эта работа, затраченная на преодоление сил сцепления между молекулами однородной жидкости называется когезией.

Определим работу когезии через поверхностное натяжение. В системе вода – воздух: 1 – фаза воды, 0- фаза воздуха.

Рис. 2. Система вода – воздух: 1 – фаза воды, 0- фаза воздуха.

Т.к. при разрыве поверхности воды образуется поверхность в две единице площади, то W_k равно удвоенному значению поверхности натяжения на границе с газом. Применительно к идеально твердому телу (отсутствуют дефекты структуры) величину W_k называют прочностью на разрыв.

Зависимость между давлением насыщенного пара и W_k. В процессе испарения вещества происходит полный разрыв межмолекулярных связей, поэтому работа когезии W_k определяется энтальпией парообразования:

ΔH_n = ΔG_n + TΔS_n,

где ΔH_n – изменение энтальпии парообразования, ΔG_n – изменение энергии Гиббса при парообразовании, ΔS_n – изменение энтропии при парообразовании.

Этальпия парообразования твердого вещества равна энергии кристаллической решётки.

В условиях равновесия между конденсированной и паровой фазами при p = const и T = const: ΔG_n =0 => ΔH_n = TΔS_n. Отсюда следует, чем больше энтальпия парообразования ΔH_n, т.е. больше работа когезии W_k и больше поверхностное натяжение σ, тем больше его энтропия. Т.к.

,

где – изменение энтропии парообразования при температуре кипения, р_атм – давление пара, равное атмосферному давлению.

Отсюда, чем больше W_k (больше поверхностное натяжение), тем меньше давление насыщенного пара над веществом при данной температуре, т.е. меньше летучесть.

Дата добавления: 2014-01-05