Повърхностно напрежение - studopediya

течни молекули са разположени много близо един до друг, така че силите на привличане достигне значителна стойност. Всяка молекула е привлечен от съседните молекули.

Ако молекулата се намира вътре в течността (фиг. 16), получената сила действа върху него е нула. Ситуацията е различна, ако молекулата е в повърхностния слой на течността. Плътност на парите (или газ), който граничи с течност е много пъти по-малък от течност плътност, така че резултантната на силите, упражнявани от молекулите на пара ще бъде много по-малък от получената сила, упражнявана от течни молекули. В резултат на това всяка молекула в повърхностния слой ще бъде насочена сила в течността.

Фиг. 16. Появата на напрежение сили повърхностните

В прехода на молекула от течен дълбочина на повърхностния слой на молекулата е действа по собствена в този слой е отрицателна работа. Кинетичната енергия на молекулите намалява, превръщайки потенциал. По този начин, молекулите в повърхностния слой имат допълнителното потенциалната енергия. Повърхностният слой обикновено има повече енергия, която е неразделна част от вътрешната енергия на течността.

Като тази допълнителна енергия води до факта, че течността има тенденция за намаляване на нейната повърхност. Течността се държи така, сякаш са били затворени в еластична протегна филм има тенденция да се свие. В действителност, филмът не е не, повърхностният слой се състои от същите молекули като останалата част от течността.

Умствени за разграничаване течност повърхностна част, ограничена от затворен контур дължина л. Желанието на тази област води до намаляване на факта, че тя ще действа върху останалата част от повърхността с допирателната към силите на повърхността. Тези сили се наричат ​​сили на повърхностното напрежение. За количествено определяне на големината на силата на повърхността се въвежда, който се нарича коефициент на повърхностното напрежение (или повърхностно напрежение).

Повърхностното напрежение (# 945) - скаларна физическо количество, равно на съотношението на повърхността модул F. напрежение сила действа върху гранична повърхност дължина слой л. тази дължина:

За промяна на площта на повърхностния слой при постоянна температура от количество DS. необходимо е да се свърши работата

където # 945; - коефициент на повърхностното напрежение.

При промяна на площта на S1 до S2 работа ще съответно равни на:

При извършване на работа повърхностна енергия промени слой от # 916; Wpov.

.

Така, че е възможно да се даде друга дефиниция на повърхностното напрежение.

повърхностното напрежение - скаларна физическа величина, равна на съотношението на промяна на потенциалната енергия на повърхностния слой на промяната в площта на този слой.

Коефициент на повърхностното напрежение зависи от химическия състав на течността и на температурата. С повишаване на температурата, # 945; намалява и става нула при критичната температура.

Повърхностно напрежение зависи основно от примесите, присъстващи в течности. Веществата, за намаляване на напрежението на повърхността на течността, наречени повърхностно активни съединения (повърхностно активни вещества). Най-известни повърхностно активно вещество спрямо вода е сапун. Това значително намалява неговата повърхностно напрежение (приблизително 7.5 х 10 -2 до 4.5 х 10 -2 N / m). Сравнително вода повърхностно активни вещества са естери, алкохоли, масло и т.н. От гледна точка на молекулно ефект на повърхностно активни вещества се обяснява с факта, че силите на привличане между молекулите на течността е по-голяма от силата на привличане между молекулите на течност и примеси. течни молекули в повърхностния слой с по-голяма сила в прибрано течностите в молекулата на примес. В резултат на това, течните молекули се прехвърлят от повърхностния слой на дълбочина и молекулите на повърхностно-активно вещество се изместват към повърхността.

Повърхностно активните вещества се използват като омокрящи средства, флотационни агенти, пенообразуващи агенти, диспергатори - твърдост редуктори, пластификатори, кристализация модификатори и др.

Всички горепосочени специални условия, които са молекули на повърхностния слой, и също се отнася изцяло на твърди вещества. Следователно, твърди вещества, като течности, имат повърхностно напрежение.

При разглеждане на явления и процеси на взаимодействието между различни среди трябва да се има предвид, че енергията на течност или твърда повърхност зависи не само от свойствата на течно или твърдо, но също така и за свойствата на материала, с който те граница. Строго погледнато, трябва да се помисли за общата повърхностна енергия # 945; 12 от две взаимно граничещи вещества. Само ако едно газообразно вещество не химически реагира с друго вещество и малки разтваря в него, може да се говори само на (коефициент или повърхностно напрежение) на повърхностна енергия на втората течна или твърда.

Фиг. 17. Границата на течност, газ и твърди

Ако границата помежду си само три съставки: твърди, течни и газообразни (. Фигура 17), цялата система се приема конфигурация, съответстваща на минимум общата потенциална енергия (повърхност в гравитационното поле и др ...). По-специално, контура на които граничат трите вещества, намиращи се на повърхността на твърдото тяло, така че сумата на проекциите на всички прилага за всеки елемент на контура на силите на повърхностното напрежение в посоката, в която елемент верига може да се премества (т. Е. посока допирателната към твърда повърхност) е нула. Фиг. 17, че състоянието на равновесие дължина на елемент на схема # 916; л може да се запише по следния начин:

където # 945; TG. # 945; и TJ # 945; Xi - коефициенти на повърхностното напрежение на границата: твърдо вещество - газ, твърдо вещество - течност и -gaz течността.

Отчита се в течен ъгъл # 952; между допирателната към повърхността на твърда и течна повърхност се нарича ъгъл на контакт. В съответствие с (37)

Ъгълът на контакт се определя с израза (38) само при условие, че

Ако (39) не е изпълнено, т.е. | # 945; TG - # 945; TJ |> # 945; XI. за всяка стойност на # 952; не може да се установи равновесие. Това се случва в два от случаите.

1) # 945; TG> # 945; TJ + # 945; XI. Без значение колко малък ъгъл # 952;, сила # 945; TG надвишава другите две (Фигура 18, а.). В този случай, течните простира върху повърхността неопределено твърдо тяло - има пълно омокряне. Замяна повърхност Solid - газ две повърхности, твърдо вещество - течност и течност - газ е енергетично изгоден. Когато напълно омокрена контактния ъгъл е нула.

2) # 945, TJ> # 945; п + # 945; XI. Без значение колко ъгъла # 952; в близост до П, мощността # 945; TJ надвишава другите две (Фигура 18, б). В този случай, на повърхността, върху която флуидът граничи с твърд, свива до точка, течността се отделя от твърдата повърхност - е общо не-омокряне. Замяна повърхност Solid - течни две повърхности, твърдо вещество - течност и газ - газ е енергично благоприятни. Когато напълно ъгъл не-омокрящо контакт равно на π.

Фиг. 18. Пълното пълно омокряне и не-омокрящо

Когато състояние (39), контактният ъгъл може да бъде остра или тъп в зависимост от съотношението между # 945; TG и # 945; TJ. ако # 945; TG> # 945; TJ. след COS # 952;> 0, а ъгълът # 952; - остра (Фигура 19, а.). В този случай, има частична омокряне. ако # 945; TG <αТЖ. то cosθ <0, и угол θ — тупой (рис. 19,б). В этом случае имеет место частичное несмачивание.

Фигура 19. Частично Частично омокряне и не-омокрящо