новости бизнеса
компании и предприятия
нефтехимические компании
продукция / логистика
тендеры / аналитика
торговый центр
ChemIndex
новости науки
работа для химиков
химические выставки
лабораторное оборудование
химические реактивы
chill-out
расширенный поиск
каталог ресурсов
электронный справочник
авторефераты / книги
форум химиков
подписка / опросы
проекты / о нас

реклама на сайте
контакты
Магазин химических реактивов
поиск

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Поверхностное натяжение


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Поверхностное натяжение, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой (поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз (размерность Дж/м2). Согласно другому определению, поверхностное натяжение – сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего поверхность раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к поверхности и препятствует ее самопроизвольному увеличению.

Поверхностное натяжение – основная термодинамическая характеристика поверхностного слоя жидкости на границе с газовой фазой или другой жидкостью. Поверхностное натяжение различных жидкостей на границе с собственным паром изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих газов до нескольких тысяч мН/м для расплавленных тугоплавких веществ. Поверхностное натяжение зависит от температуры. Для многих однокомпонентных неассоциированных жидкостей (вода, расплавы солей, жидкие металлы) вдали от критической температуры хорошо выполняется линейная зависимость:


где s и s0 – поверхностное натяжение при температурах T и T0 соответственно, α≈0,1 мН/(м·К) – температурный коэффициент поверхностного натяжения. Основной способ регулирования поверхностного натяжения заключается в использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Поверхностное натяжение входит во многие уравнения физики, физической и коллоидной химии, электрохимии. Оно определяет следующие величины:

  1. капиллярное давление , где r1 и r2 -главные радиусы кривизны поверхности, и давление насыщенного пара рr над искривленной поверхностью жидкости: , где r – радиус кривизны поверхности, R – газовая постоянная, Vn – молярный объем жидкости, p0давление над плоской поверхностью (законы Лапласа и Кельвина, см. Капиллярные явления).
  2. Краевой угол смачивания θ в контакте жидкости с поверхностью твердого тела: cos, где – удельная свободная поверхностные энергии твердого тела на границе с газом и жидкостью, поверхностное натяжение жидкости (закон Юнга, см. Смачивание).
  3. Адсорбцию ПАВ где μ – химический потенциал адсорбируемого вещества (уравнение Гиббса, см. Адсорбция). Для разбавленных растворов где с – молярная концентрация ПАВ.
  4. Состояние адсорбционного слоя ПАВ на поверхности жидкости: (ps + a/A2)·(A- b)=kT, где ps=(s0—s) – двухмерное давление, s0 и s – соответственно поверхностное натяжение чистой жидкости и той же жидкости при наличии адсорбционного слоя, а – постоянная (аналог постоянной Ван-дер-Ваальса), A – площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну адсорбированную молекулу, b – площадь, занимаемая 1 молекулой жидкости, k – постоянная Больцмана (уравнение Фрумкина-Фольмера, см. Поверхностная активность).
  5. Электрокапиллярный эффект: – ds/df = rs, где rs – плотность поверхностного заряда, f-потенциал электрода (уравнение Липмана, см. Электрокапиллярные явления).
  6. Работу образования критического зародыша новой фазы Wc. Например, при гомогенной конденсации пара при давлении , где p0 – давление пара над плоской поверхностью жидкости (уравнение Гиббса, см. Зарождение новой фазы).
  7. Длину l капиллярных волн на поверхности жидкости: , где ρ – плотность жидкости, τ – период колебаний, g – ускорение свободного падения.
  8. Упругость жидких пленок со слоем ПАВ: модуль упругости , где s – площадь пленки (уравнение Гиббса, см. Тонкие пленки).

Поверхностное натяжение измерено для многих чистых веществ и смесей (растворов, расплавов) в широком интервале температур и составов. Поскольку поверхностное натяжение весьма чувствительно к наличию примесей, измерения разными методиками не всегда дают совпадающие значения. Основные методы измерения следующие:

  1. подъем смачивающих жидкостей в капиллярах. Высота подъема , где – разность плотностей жидкости и вытесняемого газа, ρ – радиус капилляра. Точность определения поверхностного натяжения растет с уменьшением отношения ρ/α (α-капиллярная постоянная жидкости).
  2. Измерение максимального давления в газовом пузырьке (метод Ребиндера); расчет основан на уравнении Лапласа. При выдавливании пузырька в жидкость через калиброванный капилляр радиусом r перед моментом отрыва давление pm=2σ/r
  3. Метод взвешивания капель (сталагмометрия): (уравнение Тейта), где G – общий вес n капель, оторвавшихся под действием силы тяжести от среза капиллярной трубки радиусом r. Для повышения точности правую часть умножают на поправочный коэфициент, зависящий от r и объема капли.
  4. Метод уравновешивания пластины (метод Вильгельми). При погружении пластины с периметром сечения L в смачивающую жидкость вес пластины , где G0 – вес сухой пластины.
  5. Метод отрыва кольца (метод Дю Нуи). Для отрыва проволочного кольца радиусом R от поверхности жидкости требуется сила
  6. Метод сидящей капли. Профиль капли на несмачиваемой подложке определяется из условия постоянства суммы гидростатического и капиллярного давлений. Дифференциальное уравнение профиля капли решается численным интегрированием (метод Башфорта-Адамса). По измерениям геометрических параметров профиля капли с помощью соответствующих таблиц находят поверхностное натяжение.
  7. Метод вращающейся капли. Капля жидкости плотностью r1 помещается в трубку с более тяжелой (плотность r2) жидкостью. При вращении трубки с угловой скоростью ω капля вытягивается вдоль оси, принимая приближенно форму цилиндра радиуса r. Расчетное уравнение: . Метод применяют для измерения малых поверхностных натяжений на границе двух жидкостей.

Поверхностное натяжение является определяющим фактором многих технологических процессов: флотации, пропитки пористых материалов, нанесения покрытий, моющего действия, порошковой металлургии, пайки и др. Велика роль поверхностного натяжения в процессах, происходящих в невесомости.

Понятие поверхностного натяжения впервые ввел Я.Сегнер (1752). В первой половине XIX в. на основе представления о поверхностном натяжении была развита математическая теория капиллярных явлений (П.Лаплас, С.Пуассон, К.Гаусс, А.Ю.Давидов). Во второй половине XIX в. Дж.Гиббс развил термодинамическую теорию поверхностных явлений, в которой решающую роль играет поверхностное натяжение. В XX в. разрабатываются методы регулирования поверхностного натяжения с помощью ПАВ и электрокапиллярных эффектов (И.Ленгмюр, П.А.Ребиндер, A.H.Фрумкнн). Среди современных актуальных проблем – развитие молекулярной теории поверхностного натяжения различных жидкостей (включая расплавленные металлы), влияние кривизны поверхности на поверхностное натяжение

Лит.: Семенченко В.К., Поверхностные явления в металлах и сплавах, M., 1957; Оно С., Кон До С., Молекулярная теория поверхностного натяжения в жидкостях, пер. с англ., M., 1963; Русанов А.И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, Л., 1967; Ребиндер П.А., Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия, M., 1978; Адамсон А., Физическая химия поверхностей, пер. с англ., M., 1979; Гиббс Дж.В., Термодинамика. Статистическая механика, M., 1982; Щукин E.Д., Перцов А.В., Амелина E.А., Коллоидная химия, M., 1982.

© Б.Д.Сумм.




выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


Все новости


РЕКЛАМА:
Лазерная шлифовка швов, лазерная шлифовка лица цены. Лазерная шлифовка лица цены в клинике.





Новости компаний

Все новости


Rambler's Top100
© ChemPort.Ru, MMII-MMXIV
Контактная информация

Химический портал ChemPort.Ru работает при поддержке профессионалов Clustertech. Clustertech - защита от DDOS, удаленное администрирование сервера, очень качественный хостинг.