Влияние температуры

С ростом температуры расстояние между молекулами увеличивается, с увеличением температуры поверхностное натяжение индивидуальных жидкостей уменьшается, то есть выполняется соотношение:

Для многих жидкостей зависимость σ=f(T) близка к линейной. Экстраполяция линейной зависимости к оси абсцисс определяет критическую температуру Т_С данного вещества. При этой температуре двухфазная система жидкость – пар перестает существовать и становится однофазной.

Рис.9.2.Влияние температуры на величину поверхностного натяжения

Для большинства неполярных жидкостей зависимость поверхностного натяжения от температуры выражается уравнением: , (9.5) где σТ – поверхностное натяжение при любой температуре, σ0 – поверхностное натяжение при стандартной температуре, ΔТ – разность между данной и стандартной температурой, α – температурный коэффициент поверхностного натяжения: (9.6)

Для многих веществ температурные коэффициенты поверхностного натяжения составляют примерно от –0,1 до –0,2 мДж/(м²К).

Влияние природы граничащих фаз

Поверхностное натяжение (σ₁₂) на границе двух жидкостей 1 и 2 зависит от их химической природы (полярности). Чем больше разность полярностей жидкостей, тем больше поверхностное натяжение на границе их раздела (правило Ребиндера).

Количественно межфазное поверхностное натяжение на границе двух взаимно насыщенных жидкостей можно рассчитать по приближенному правилу Антонова.

Правило Антонова (1907): Если жидкости ограниченно растворимы друг в друге, то поверхностное натяжение на границе ж₁/ж₂ равно разности между поверхностными натяжениями взаимно насыщенных жидкостей на границе их с воздухом или с их собственным паром:

. (9.7)

Смачивание

Смачивание – взаимодействие жидкости с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом (воздух).

При нанесении небольшого количества жидкости на поверхность твердого тела или на поверхность другой жидкости, имеющей большую плотность, возможно два случая: в первом случае жидкость приобретает форму капли, в другом случае растекается. Рассмотрим первый процесс, когда капля не растекается по поверхности другого тела.

Рис.9.3.Смачвание на границе раздела трех фаз

Рассмотрим каплю жидкости на поверхности твердого тела в условиях равновесия. Так как поверхностное натяжение можно рассматривать как энергию, приходящуюся на единицу площади, или как силу, действующую на единицу длины, то все рассмотренные составляющие поверхностной энергии можно выразить с помощью векторов сил.

На единицу длины периметра действуют три силы:

1. Поверхностная энергия твердого тела, стремясь уменьшиться, растягивает каплю по поверхности. Эта энергия равна поверхностному натяжению твердого тела на границе с воздухом σ_ТГ.

2. Поверхностная энергия на границе твердого тела с жидкостью σ_ТЖ стремится сжать каплю, то есть поверхностная энергия уменьшается за счет снижения площади поверхности.

3. Поверхностная энергия на границе капли жидкости с воздухом σ_ЖГ направлена по касательной к сферической поверхности капли.

Угол θ, образованный касательными к межфазным поверхностям, ограничивающим смачиваемую жидкость, и имеющий вершину на линии раздела трех фаз, называется краевым углом или углом смачивания.

Проекция вектора σ_ЖГ на горизонтальную ось – произведение σ_ЖГ · cos θ.

В условиях равновесия:

σ_ТГ = σ_ТЖ + σ_ЖГ·cos θ, (9.8)

отсюда:

. (9.9)

Полученное соотношение (9.9) называют уравнением Юнга.

В зависимости от значений равновесного краевого угла, различают три основных вида смачивания: