1) Что понимается под поверхностным натяжением и как оно зависит от природы веществ, образующих поверхность раздела фаз?

Есть два определения поверхностного натяжения

Термодинамическое - избыточная энергия на поверхности раздела двух фаз по сравнению с объемной фазой

Силовое - сила, которую нужно приложить над жидкостью, чтобы увеличить поверхность на единицу.

Зависит от полярности фаз, чем больше их различие, тем больше пов натяжение

2) Как и почему поверхностное натяжение зависит от температуры?

от T-уменьшение межмолекулярных взаимодействий, т.к. увеличивается расстояние можду молекулами в результате возрастания теплового движения молекул жидкости. .линейно убывает с ростом T

3) Каким образом можно рассчитать полную ( ) поверхностную энергию?

Полная-работа, затраченная на преодоление межмолекулярных взаимодействий при переходе молекул из объмной ф. в поверхность и теплотой образование новой поверхности .

4) Что такое капиллярное давление? Каковы причины его возникновения?

Разность внутренних давлений по обе стороны искривленной поверхности раздела фаз (жидкость – пар или двух жидкостей) и есть капиллярное давление ΔР.

При изменении кривизны поверхности раздела фаз поверхностное натяжение вызывает изменение внутреннего давления в телах и создает добавочное давление. При равновесии системы, состоящей из фазы 1(жидкость) и 2 (газ), которые разделены искривленной границей раздела, внутренние давления в фазах неодинаковы по сравнению с плоской границей раздела фаз. Разность этих давлений называется капиллярным давлением.

5) Почему давление насыщенного пара зависит от формы поверхности жидкости?

Уравнение справедливо при r < 10-⁹м , так как только тогда не зависит от величины кривизны поверхности. Уравнение Кельвина (Томсона) выражает условия равновесия жидкости и пара при наличии между ними искривленной поверхности.

Таким образом, в призводственных условиях с увеличением дисперсности происходит увеличение площади реакционной поверхности, что не только благоприятно сказывается на производительности, но и позволяет снизить температуру процесса и удельный расход энергии. Существует оптимальное значение дисперсности порошков, когда взаимодействия происходят с наибольшей интенсивностью. С целью установления оптимальной дисперсности определяют величину удельной поверхности порошков.

Условия равновесной формы тела Равновесной формой тела, в соответствии с правилом Гиббса – Кюри, является та форма тела, которая обладает наименьшей поверхностной энергией Гиббса: ΔG = Σ σ_i ·S_i = min при (V = const), где σ_i и S_i – соответственно удельные поверхностные энергии и площади отдельных частей поверхности тела.

Следствия из уравнения Кельвина (Томсона):

● при положительной кривизне отношение давления насыщенного пара над искривленной поверхностью (над каплей жидкости) больше, чем над плоской поверхностью и тем больше, чем меньше радиус капли, то есть больше кривизна поверхности: ln > 0 и Р_r > Р₀;

● при отрицательной кривизне отношение давления насыщенного пара над искривленной поверхностью (над каплей жидкости) меньше, чем над плоской поверхностью и тем меньше, чем больше радиус капли, то есть меньше кривизна поверхности: ln < 0 и Р_r < Р₀;

● если жидкость смачивает капилляр (кривизна отрицательная), то давление насыщенного пара в капилляре меньше, чем над плоской поверхностью, то есть конденсация паров происходит при меньшем давлении. Это явление называется капиллярной конденсацией, а уравнение Кельвина (Томсона) – это основное уравнение капиллярной конденсации.

Значение уравнения Кельвина (Томсона)

Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости играет важную роль в стабильности аэрозолей (туманов). В туманах всегда содержатся капли жидкости различных размеров. Давление насыщенного пара над мелкими и крупными каплями будет различно. Согласно закону Кельвина оно будет больше над мелкими каплями, по сравнению с давлением над крупными каплями. Разность давлений приводит к переносу молекул пара к крупным каплям с последующей конденсацией перенесенной массы. Этот процесс называют изотермической перегонкой. Кроме того уравнение Кельвина составляет основу фактически всех способов расчета распределения пор по размерам на основе изотерм адсорбции для адсорбентов с переходными порами с петлей капиллярно конденсационного гистерезиса.

6) Почему в случае смачивания капилляров жидкость в нем поднимается, а при не смачивании, наоборот, опускается?

Наиболее распространенный пример капиллярных явлений – это подъем или опускание жидкостей в узких трубках (капиллярах) и в пористых средах. Стенки капилляра смачиваются водой, кривизна мениска жидкости в капилляре отрицательная.

Капиллярные явления вызываются добавочным – капиллярным давлением. Р_s – давление у искривленной поверхности жидкости; Р_о - давление у плоской поверхности жидкости; r – радиус капилляра; R – радиус кривизны мениска жидкости в капилляре. Р_s< Р_о и ΔР = Р_о - Р_s > 0 – капиллярное давление направлено к центру кривизны. Это создает выталкивающую силу, стремящуюся поднять жидкость в капилляре, в результате чего она поднимается на некоторую высоту h.

ΔP_гидр = gh·(ρ_ж - ρ_г). Стенки капилляра не смачиваются жидкостью, кривизна мениска жидкости положительная.

Р_s > Р₀ и ∆Р = Р₀ - Р_s < 0, cosθ < 0, θ > 90⁰ , но θ может быть и равен 180⁰ . Жидкость опускается в капилляре на величину h и тогда уравнение Жюрена записывается в виде: “-“ h = (2 s_{ж - г} ·соs θ)/ (rg (ρ_ж - ρ_г ))