. Классификация поверхностных явлений

GS=S Роль интенсивного фактора (обобщенной силы) играет , а роль экстенсивного (обобщенной координаты) – S. Снижение поверхностной энергии двумя путями: за счет уменьшения поверхностного натяжения и за счет уменьшения поверхности раздела. В связи с этим все поверхностные явления делятся на две группы.

Рассмотрим классификацию поверхностных явлений в соответствии с объединенным уравнением I и II начал термодинамики. Запишем его для поверхностного слоя:

(2.1)

В уравнении (2.1) приращение свободной энергии Гиббса представлено как алгебраическая сумма приращений различных видов энергии: тепловой, механической, поверхностной, химической и электрической. Выделим из всей суммы поверхностную энергию (где – поверхность). Поверхностная энергия может превращаться в другие виды энергии, и эти превращения сопровождают возникновение различных поверхностных явлений. Так, например, превращение поверхностной энергии в энергию Гиббса ( ) сопровождает изменение реакционной способности с изменением дисперсности, что количественно описывается уравнением Томсона-Кельвина. В результате превращения в теплоту ( ) происходит смачивание и адгезия, что количественно оценивается уравнением Дюпре. Превращение в механическую энергию ( ) связывается с капиллярными явлениями. Основой теории капиллярных явлений служит уравнение Лапласа. Поверхностное явление, называемое адсорбцией, сопровождает превращение поверхностной энергии в химическую ( ) и оценивается уравнением Гиббса. И, наконец, превращение в электрическую энергию ( ), приводит к электрическим явлениям (уравнение Липпмана).

Поверхностное натяжение

Термодинамическое определение поверхностного натяжения вытекает из уравнения (2.1). при постоянных T, P, n и q имеем:

(2.2)

Поверхностное натяжение – есть частная производная от энергии Гиббса по величине поверхности раздела фаз при постоянных значениях температуры, давления, числа молей компонентов и заряда.

.Пповерхностное натяжение можно определить как частную производную от любого термодинамического потенциала Например, для внутренней энергии:

	(2.3)
	(2.4)

Поверхностному натяжению можно дать и энергетическую характеристику. Рассмотрим молекулярные силы по границе жидкости с собственным паром (рис. 2.2). На молекулу внутри жидкости действуют силы притяжения со стороны соседних таких же молекул. Поэтому в глубине жидкости межмолекулярные силы скомпенсированы и их равнодействующая Р не равна 0.

На поверхности молекула испытывает притяжение практически только со стороны одной фазы – жидкости, поэтому равнодействующая межмолекулярных сил Р не равна 0 и направлена в глубь жидкости. Эта равнодействующая называется внутренним давлением. У молекул поверхностного слоя остается нереализованная способность к взаимодействию, которая будет характеризовать свободную поверхностную энергию.

Работа образования единицы новой поверхности и представляет собой поверхностное натяжение. Эта работа эквивалентна увеличению свободной поверхностной энергии при увеличении поверхности на единицу:

или

(2.5)

Иными словами: поверхностное натяжение – это удельная свободная поверхностная энергия. Измеряется в системе СИ в Дж/м2=нм/м2=н/м. Строго говоря, поверхностное натяжение является удельной поверхностной энергией только для индивидуальных веществ

Поверхностное натяжение можно представить и как работу, необходимую для разрыва столбика вещества, состоящего из одной фазы с поперечным сечением в 0,5 см2.

Чем сильнее межмолекулярные связи в данном теле, тем больше его поверхностное натяжение. Наименьшим значением обладают газы, затем идут жидкости, причем, чем выше полярность жидкости, тем выше ее поверхностное натяжение. Еще больше поверхностное натяжение у твердых тел.

Билет 4. . Классификация поверхностных явлений

GS=S Роль интенсивного фактора (обобщенной силы) играет , а роль экстенсивного (обобщенной координаты) – S. Снижение поверхностной энергии двумя путями: за счет уменьшения поверхностного натяжения и за счет уменьшения поверхности раздела. В связи с этим все поверхностные явления делятся на две группы.

Рассмотрим классификацию поверхностных явлений в соответствии с объединенным уравнением I и II начал термодинамики. Запишем его для поверхностного слоя:

(2.1)

В уравнении (2.1) приращение свободной энергии Гиббса представлено как алгебраическая сумма приращений различных видов энергии: тепловой, механической, поверхностной, химической и электрической. Выделим из всей суммы поверхностную энергию (где – поверхность). Поверхностная энергия может превращаться в другие виды энергии, и эти превращения сопровождают возникновение различных поверхностных явлений. Так, например, превращение поверхностной энергии в энергию Гиббса ( ) сопровождает изменение реакционной способности с изменением дисперсности, что количественно описывается уравнением Томсона-Кельвина. В результате превращения в теплоту ( ) происходит смачивание и адгезия, что количественно оценивается уравнением Дюпре. Превращение в механическую энергию ( ) связывается с капиллярными явлениями. Основой теории капиллярных явлений служит уравнение Лапласа. Поверхностное явление, называемое адсорбцией, сопровождает превращение поверхностной энергии в химическую ( ) и оценивается уравнением Гиббса. И, наконец, превращение в электрическую энергию ( ), приводит к электрическим явлениям (уравнение Липпмана).