4. Свободная поверхностная энергия и поверхностное натяжение.

Энергетическое состояние молекул вещества в межфазном слое и глубине фазы является различным:

Для второй молекулы действие со стороны жидкой фазы будут больше, чем со стороны газообразной фазы.

Сила F отнесённая к единице поверхности, называется внутренним (молекулярным) давлением.

Молекулярное давление определяется силой сцепления молекул, оно тем выше, чем полярнее молекулы вещества.

Поверхностный слой в следствии нескомпенсированности молекулярных сил, имеет избыточную свободную энергию по сравнению с объёмом жидкости.

Этот избыток отнесённый к единице площади поверхности, называется удельной свободной поверхностной энергией или поверхностное натяжение:

Экспериментально была установлена, что этот избыток сосредоточен в слое, толщиной в 1 молекулу.

Поверхностное натяжение – это удельная работа образования поверхности за счёт выхода новых молекул из глубины фазы на поверхность фазы ( ).

Величина зависит от следующих факторов:

• Температуры, с увеличением которой происходит уменьшение поверхностного натяжения;

• Полярность, чем она выше, тем выше поверхностное натяжение.

Уменьшить можно:

• Уменьшить поверхность;

• Уменьшить поверхностное натяжение при постоянной площади;

Процессы, связанные с уменьшением площади, называются коагуляцией (т.е. капля жидкости стремиться стать шаром).

Эти процессы связаны с процессами адсорбции (самопроизвольного концентрирования одного вещества на поверхности другого в результате происходит уменьшение поверхностного натяжения системы).

5. Методы определения поверхностного натяжения.

Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов (например, в случае концентрированных растворов полимеров с высокой вязкостью). Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения. Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 Дж/м², а после отстаивания — 35 Дж/м² . То есть поверхностное натяжение меняется. До установления равновесного оно будет динамическое.

Сталагматический метод основан на определении массы капли, отрывающейся от конца вертикальной трубки сталагмометра при свободном вытекании жидкости. В момент отрыва можно считать, что масса капли равна силе поверхностного натяжения, действующей по контуру окружности капилляра с радиусом :

- плотность исследуемого раствора;

- ускорение силы тяжести;

Метод максимального давления пузырька основан на зависимости давления под которым пузырёк газа (воздуха) продавливает поверхностный слой жидкости, от её поверхностного слоя.

Т.к. давление измеряется и для воды и для жидкости одним и тем же манометром, отношение можно заменить разностью высот уровней манометра: