Повърхностно напрежение 1
Свойства на течности. Повърхностното напрежение на 4
Източник Списък 14
Повърхностно напрежение - термодинамичните характеристики на интерфейса между две фази в равновесие, определена работа izotermokineticheskogo обратимо образуване на повърхността на устройството, при условие, че температурата на обема на системата и химичните потенциали на всички компоненти в двете фази остане постоянна.
Повърхностно напрежение е двойно физическия смисъл - енергия (термодинамичен) и сила (механични). Мощност (термодинамичен) определяне: повърхностното напрежение - е специфичен работната повърхност чрез увеличаване на опън състояние на постоянна температура. Силата (механични) определяне: повърхностното напрежение - е силата на единица дължина на линията, която определя повърхността на течността.
сила на повърхностното напрежение насочени тангенциално към повърхността на течността, перпендикулярна на секцията на контура за които се работи. Повърхностно напрежение сила, пропорционално на дължината на частта от линия, на която работи. у Коефициентът на пропорционалност - силата, за единица дължина на веригата - се нарича повърхностно напрежение. Тя се измерва в нютони на метър. Но по-точно определят повърхностното напрежение, тъй като енергията (J) на единица площ на междината (квадратни метра). В този случай, има ясна физически смисъл на концепцията за повърхностното напрежение.
През 1983 г. е доказано теоретично и потвърждава данните от референтната (Journal на физическите Chemistry 1983, № 10, стр 2528-2530 ..), че концепцията на повърхностното напрежение на течността е ясно част от концепцията на вътрешната енергия (въпреки специално: за симетрични молекули с подобна форма топка с форма). Информацията в тази статия списание формули дават възможност за някои вещества теоретично брои стойност на повърхностното напрежение на течността за други физико-химични свойства, като например топлина на изпарение или вътрешен енергиен
Повърхностно напрежение може да бъде в границата от газообразни, течни и твърди вещества. Обикновено то се отнася до повърхностното напрежение на течност тела на границата на "течност - газ". В случай на повърхностното напрежение на повърхността на течността и се счита за законен сила, действаща на единица дължина на контура на повърхност и повърхността има тенденция за намаляване до минимум на дадените фази обеми.
Свойства на течности. повърхностно напрежение
Молекулите на веществото в течно състояние са разположени много близо един до друг. За разлика от кристални твърди вещества, в които молекулите образуват подредени структури през кристала и могат да топлинните трептения за фиксирани центрове, течните молекули имат по-голяма свобода. Всяка молекула на течността, както и в твърдо състояние, "затяга" от всички страни от съседните молекули и прави топлинни трептения за някои равновесно положение. Въпреки това, от време на време, всяка молекула може да се премести в съседна свободно място. Такива скокове в течности са чести; така че молекулите не са свързани с конкретни центрове в кристали, и могат да се преместват около обема на течност. Това обяснява потока на течности. Поради силното взаимодействие между тясно разположени молекули, те могат да образуват местни (нестабилна) подредени групи, съдържащи множество молекули. Това се нарича къси разстояния за (фиг. 1).
Един пример на къси разстояния ред на течни молекули и дълго-кристални молекули: 1 - вода; 2 - лед.
Фиг. 2 илюстрира разликата на газообразно вещество от пример течната вода. Н2 О молекула вода се състои от един кислороден атом и два водородни атома са разположени под ъгъл от 104 °. Средното разстояние между молекули няколко десетки пъти средното разстояние между молекулите на вода. За разлика от фиг. 3.5.1, където водните молекули са изобразени във формата на топчета, фиг. 3.5.2 дава представа за структурата на молекулата на водата.
Водната пара (1) вода и (2). Водните молекули увеличени приблизително 5 х 10 7 пъти.
Поради плътна опаковка на молекули свиваемостта на течности, т.е. промяната в обема, когато налягането е много ниско; тя е от порядъка на десетки или стотици хиляди пъти по-малък, отколкото в газове.
Течен като твърди вещества променящи обема си с промени в температурата. За не много големи температурни интервали относителна промяна ΔV / V0 количество, пропорционално на изменението на температурата АТ:
β коефициент се нарича температурен коефициент на обемно разширение. Това съотношение на течности до десет пъти по-големи от твърдите вещества. В вода, например при температура от 20 ° С βv ≈ 2 · 10 -4 К -1. на стомана βst ≈ 3,6 · 10 -5 K -1. от кварцово стъкло βkv ≈ 9 · 10 -6 K -1.
Топлинното разширение на водата има интересна и важна за живота на Земята аномалия. При температура под 4 ° С вода се разширява като температурата намалява (β <0). Максимум плотности ρв = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Чрез замразяване на водата се разширява, така че ледът се плува на повърхността на замразяването на езерото. Замразяване температура на вода с лед е 0 ° С В плътен слой вода в долната част на температурата на резервоара е около 4 ° С Поради това е възможно да има живот в минусовите водоеми.
Най-интересното функцията е наличието на течен свободна повърхност. Течност, за разлика от газ не запълва целия обем на съда, в която тя се излива. Между течност и газ (или пара) образува интерфейс, който е в специалните условия в сравнение с останалата част от течната маса. Молекулите в граничния слой на течност, за разлика от молекулите в дълбочина, заобиколен от други молекули, не е същото течността от всички страни. Междумолекулни сили, действащи върху една от молекулите в течността на съседните молекули средно са взаимно компенсирани. Всяка молекула в граничния слой е съставен молекули в течността (силите, действащи върху дадена молекула от молекулите на течни газове (или пара) може да се пренебрегне). В резултат на това има някои получената сила насочено навътре в течността. Ако молекулата се движи навътре от повърхността на течността, междумолекулни сили на взаимодействие ще има положителен работа. Обратно, за да се отстрани определен брой молекули на течност дълбочината на повърхността (т.е. увеличаване на площта на повърхността на течността), е необходимо да се изразходва външни сили положителна работа ΔAvnesh. пропорционално на ΔS промяна на площта на повърхността:
Фактор σ се нарича повърхностно напрежение (σ> 0). По този начин коефициентът на повърхностното напрежение е равно на работата необходимо да се увеличи площта на повърхността на течността при постоянна температура единица.
В повърхностно напрежение на SI се измерва в джаули на квадратен метър (J / т2) или нютона на метър (1 N / m = 1 J / т2).
Следователно, течните молекули на повърхностния слой имат излишна сравнение с молекулите в течен потенциалната енергия. потенциална енергия ЕП от повърхността на течността е пропорционална на площта:
Известно е от механиката, че равновесното състояние на системата съответства на минималната стойност на потенциалната му енергия. От това следва, че на свободната повърхност на течността се стреми да намали своята област. Поради тази причина, свободната течност капчицата се сферична форма. Течността се държи като ако допирателна към повърхността, сили, които намаляват (затягане) на повърхността. Тези сили се наричат сили на повърхностното напрежение.
Наличието на повърхностното напрежение сили прави повърхността на еластично опъната филм течност подобни, с единствената разлика, че еластичната сила във филма зависи от неговата повърхност (т.е., от филма се деформира) и повърхностното напрежение не зависи от площта на повърхността на течността.
Някои течности, като сапунена вода, имат способността да се образува тънък филм. Добре известно е, мехурчета имат сферична форма - това е видно ефект на повърхностното напрежение сили. Пропускането рамката на тел в разтвор на сапун, един от чиито страни се движи, то ще се проточи целия течен филм (фиг. 3).
Подвижната част на рамката на тел в равновесие под действието на външна сила и получената сила на повърхностното напрежение.
Повърхностното напрежение сили водят до намаляване на повърхността на филма. За остатъка от движещ страна рамки е необходимо да се прилага външна сила, ако по силата на вратата да се премести в Δx, това също ще работи ΔAvnesh Fvnesh = Δx = ΔEp = σΔS, където ΔS = 2LΔx - увеличаването на площта на двете страни на сапунена филм. Тъй като модулите са същите сили и може да се запише:
сигма на повърхностното напрежение може да се дефинира като модул на повърхностното напрежение сила, действаща на единица дължина на линията, повърхността на очертаващ.
Благодарение на действието на повърхностното напрежение сили в течните капчици и мехурчета се появява в свръхналягане АР. Ако психически намали сферична капчиците с радиус R на две половини, всяка една от тях трябва да бъде в равновесие под действие на притискащите сили повърхностно приложени към граничния участък 2πR и излишните сили, действащи на натиск πR 2 сечение (фиг. 4). Състоянието на равновесие може да се запише като
Следователно, свръхналягането вътре спада добре
Близо до границата между течен, твърд и газ под формата на свободна течност повърхност зависи от силите на взаимодействие между молекули на течност от твърди молекули (чрез реакция с молекули на газ (или пара) може да се пренебрегне). Ако тези сили повече сили на взаимодействие между молекулите на себе си, омокря флуидните повърхността на твърдото вещество течност. В този случай, течността е до известна малък ъгъл θ твърда повърхност характеристика за дадена двойка течност - твърдо вещество. θ на ъгъл се нарича ъгълът на контакт. Ако силите между течни молекули надвишава силата на тяхното взаимодействие с молекулите на твърдо тяло, θ на контактен ъгъл е тъп (виж фиг. 5). В този случай ние казваме, че течността не се намокри повърхността на твърдото вещество. При пълно омокряне θ = 0, с пълна не-омокрящи θ = 180 °.
Контакт ъгъл на омокряне (1) и не-омокрящи (2) течности.
Капилярните явления, наречени вдигане или спускане на течността в малки епруветки диаметър - капиляри. Омокрящите течност нараства през капилярите, без омокрящи - надолу.
Фиг. 3.5.6 илюстрира капилярната тръба с радиус R, на долния край на намалена плътност в р на овлажняваща течност. Горният край на капилярната тръбичка е отворен. Повишаването на капилярна течност продължава, докато силата на гравитацията, в качеството на течната колона в капилярната тръба, става равна модул FH Получената повърхностното напрежение сили, действащи заедно контакт граничната повърхност на течността капилярната на: Fm = Fn. където Fm = мг = ρhπr 2 грама, Fn = σ2πr защото θ.
Когато напълно не-омокрящи θ = 180 °, защото θ = 1 и, следователно, з <0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Водата е почти напълно мокри чисто стъкло повърхност. Обратно, живак не е напълно омокря повърхността на стъклото. Поради това, нивото на живак в стъклен капилярен се понижава под нивото в съда.
заключение
Поради опазването на обема на течността е способна да образува свободна повърхност. Тази повърхност е повърхността на разделяне на фазите на веществото: от една страна е течна фаза, от друга страна - на газообразен (пара) и, евентуално, други газове, като въздух.
Ако течни и газообразни фази на едно и също вещество в контакт сили възникват, които са склонни да се намали повърхностна площ - напрежение сили на повърхността. интерфейсът се държи като еластична мембрана, която има тенденция да се вземе в ръце.
Повърхностно напрежение може да се обясни чрез привличане между молекулите на течността. Всяка молекула привлича други молекули, опитвайки се да "обкръжаване" ги себе си, а след това да се измъкне от повърхността. Следователно, повърхността има тенденция да намалява.
Следователно, мехурчета и мехурчета са склонни време на варенето да сферична форма: обемът на тази повърхност има минимален топка. Ако има само течни повърхностното напрежение сили, е необходимо да се вземе сферична форма - например, вода капки в свободно падане.
Малки обекти с плътност по-голяма от плътността на течността, са в състояние да "плаващо" на повърхността на течността поради гравитацията сила по-малка от силата, която предотвратява увеличаване на повърхностната площ.