Поверхностное натяжение

Относится к числу наиболее важных свойств поверхностного слоя и представляет собой осн. т/д хар-ку поверхности раздела между фазами, образующими дисперсн.систему тв.т – жидкость, ж1-ж2, жидкость – газ.

Поверхностное натяжение имеет двоякий физический смысл: т/д-ски (энергетический) и силовой (механический)

Рассм.поверхностное натяжение с т.зр т/д-ки

Поверхностная энергия	Gs=σ*S	P,t=const	(1)
	As=σ*S	V,t=const	(2)

Выразим из формулы (1) и (2) величину σ:

σ=Gs/S (3) или σ=As/S (4)

Gs/S или σ=As/S называют удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением.

Эти понятия эквивалентны по отношению к жидкостным поверхностям, так как эти поверхности энергии однородны.

Если S=1м2, то σ=Gs или σ=As

Поверхностное натяжение обусл.нескомпенсированностью межмолекулярных сил и границы раздела фаз, вследствие чего свободн.энергия в поверхностном слое >, чем в объёме соприкосновения фаз и поверхностное натяжение является мерой этой нескомпенсированности.

Чем обусл.возникновение нескомпенсированности этих сил:

Рассмотрим молекулу, наход.внутри объёмной жидкост.фазе.

Так как природа молекул в объёме жидк.фазы одинак., д-е межмолекулярных сил в силе притяжения вокруг молекулы А будут скомпенсированны и силовое поле будет равно 0.

Молекулярные жидкости находятся в поверхностном слое.

В этом случае сферич.сфера д-я сил притяжения находится в 2-х различных фазах.

Результирующее д-е сил притяжения на молекулу В со стороны жидк.фазы обознач.как R1

Результирующее д-е сил притяжения обознач.как R2

R1>R2 и результирующее всей системы

R=R1-R2>0

Результирующее R напр.внутрь объёма фазы, что приводит к возникновению в жидкости большого внутреннего давления. Поэтому жидкость, также как и тв.тела, характеризуются несжимаемостью.

Межмолекулярное взаимодействие на границе раздела фаз нескомпенсированно, что и приводит к возникновению избыточных свобод энергии.

Под действием общей результирующей R часть молекул жидкости втягивается в объёмную жидкую фазу. Площадь поверхностного слоя уменьш. Чтобы её увеличить, надо совершить работу на преодоление межмолекуляр. или для перевода молкул.жидк. из обычной фазы в поверхностный слой.

Отсюда вытекает т/д определение поверхностного натяжения – работа, кот.нужно совершать над жидк.для увеличения площади поверхности на 1.

С т.зр. т/д=ки для жидк.поверх-й поверхностное натяжение рассмотрим как частную производную любого т/д-го параметра при постоянстве своих естествен.переменных и числе молей компонента.

= =

Экспериментально легче всего поддерж.постоян.P и T.

Поэтому наиболее часто поверхностное натяжение выражается через энергию Гиббса.

Ед.измерения: σ=1 Дж/м2=100/мДЖ/м Дж=Н*м

Подставляя вместо Джоуля Н*м σ получится ед.измерения: σ=1Н/м=1000/мН/м

Величина поверхностного натяжения определяется химической природой вещества.

В полярн.в-вах межмолекулярное взаимодействие > по сравнению с неполярными и, следовательно, > величина поверхностного натяжения.

Вещество	σ, мДж/м2
Гелий (3К)	0,2 8,2 - неполярные 17,9 28,2
Азот (8К)
Гексан (298К)
Бензол (298К)
Вода (298К)	72,75 - полярная

В англоязычной литературе поверхностное натяжение surface tension

Отсюда вытекает для жидкости силовое определение поверхностного натяжения.

При этом определении поверхностное натяжение рассматривается как вектор величины и представляет собой силы, д-ющую тангенциально на ед.длины контура поверхности и стремящаяся сокр.поверх-т до минимума при данном соотношении объёма фаз.

Это определение относится только к жидкостям.

С силовой точки зрения σ – стремление поверхности к сокращению вследствие у-я молекулярных сил и в этом случае

F – сила, прилож.к ед.длины контура поверхности, – длина контура поверхности