Поверхностное натяжение. Итак, дадим подробную характеристику поверхностному натяжению

Итак, дадим подробную характеристику поверхностному натяжению.

Термодинамическое определение поверхностного натяжения вытекает из уравнения (1) при постоянных Т, Р, n и q имеем:

_T,P,n,q (а) и (б) со стр.6!

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

Поскольку объединенное уравнение может быть записано относительно других термодинамических потенциалов, поверхностное натяжение можно определить как частную производную от любого термодинамического потенциала по величине межфазной поверхности при соответствующих постоянных параметрах.

Например, для внутренней энергии:

dU= Tds-PdV+ dS+ d +ϕdq.

_S,V,n,q

Наиболее употребительным является уравнение (2), т.к. условие постоянства Р и Т легко осуществимы.

Поверхностному натяжению можно дать и другие характеристики – силовую и энергетическую.

Дисперсные частицы и дисперсионная среда относятся к различным фазам. Система может существовать из разных фаз только в том случае, если межмолекулярные взаимодействия в граничных фазах различны. Убрать!

Рассмотрим на примере чистой воды

1) Рассмотрим молекулу Н₂О в объеме жидкости.

Силы межмолекулярного взаимодействия в жидкости F_1-1 больше сил взаимодействия между молекулами газа F_2-2

2) Рассмотрим молекулу Н₂О на межфазной поверхности.

На эту молекулу с одной стороны действуют молекулы жидкости, с другой – молекулы газа. Поскольку F_1-1 F_2-2, возникает результирующая сила Р, направленная в глубь жидкости. Р

Эту силу часто называют внутренним давлением.

Р= F_1-1 - F_2-2

Чем сильнее различаются межмолекулярные взаимодействия в граничащих фазах, тем больше внутреннее давление. Для жидкостей на границе с воздухом внутреннее давление очень велико, например для воды Р=14800атм.

Чтобы образовать межфазную поверхность необходимо перевести часть молекул из объема жидкости на поверхность.

Для этого нужно совершить работу против внутреннего давления, очевидно, чем оно больше, тем больше энергии требуется затратить.

Энергия, которая сосредотачивается в молекулах находящихся на поверхности, называется поверхностной энергией.

Наиболее важной характеристикой поверхности является поверхностное натяжение. Оно характеризует избыток поверхностной энергии, приходящейся на 1м² межфазной поверхности.

Поверхностное натяжение равно термодинамически обратимой, изотермической работе, которую нужно совершить, чтобы увеличить площадь межфазной поверхности на единицу.

При Т= const или (Н м)/м² = н/м

(т.к. работа совершается над системой – то она отрицательна(-)).

2.Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества.

Все растворимые вещества по их способности адсорбироваться на границе жидкость – воздух можно разделить на три группы: ПАВ, ПИАВ, ПНАВ.

ПАВ – поверхностно-активные вещества, понижающие поверхностное натяжение.

ПИАВ – поверхностно – инактивные вещества - повышающие поверхностное натяжение.

ПНАВ – поверхностно-неактивные вещества – растворение которых не приводит к изменению поверхностного натяжения.

Адсорбцией называется явление концентрирования вещества на границе раздела фаз.

Согласно Гиббсу величина адсорбции Г – есть разность концентрации на границе раздела (с₁) и концентрации в объеме фаз (с₂): Г= с₁- с₂; отсюда

а) ПАВ: - они способны накапливаться в поверхностном слое, и следовательно при этом должна происходить положительная адсорбция.

Г=6-3=3 Г

б) ПИАВ – стремятся уйти с поверхности жидкости в объем, в результате чего происходит отрицательная адсорбция.

Г= 2-4=2 Г 0

в) Но есть вещества, растворение которых практически не приводит к изменению поверхностного натяжения. Такие вещества являются поверхностно – неактивными. К ним относятся вещества, которые имеют много полярных групп, например, сахароза.

Г=3-3=0

Поиск по сайту: