Поверхневий натяг

Якщо система гетерогенна, тобто складається щонайменше з двох фаз, то між фазами обов’язково існує межа розділу. У найбільш загальному випадку ми маємо справу з поверхнею розділу двох фаз; на склад і властивості цієї поверхні впливають будь-які зміни в будь-який з двох контактуючих фаз. Хоча ми й говоримо «поверхня розділу», насправді це завжди деякий перехідний шар кінцевої товщини. З плином часу після зіткнення фаз відбуватиметься дифузія молекул кожної з фаз в іншу, в результаті чого поступово буде досягнуто рівноважний розподіл компонентів в обсягах контактуючих фаз і на міжфазній межі. Однак, стан речовини на міжфазній межі відрізняється від його стану в обсязі фази. Можна виділити наступні типи міжфазної кордону: рідина- газ (ж / б), рідина -рідина (ж / ж), тверде тіло – тверде тіло (т / т), тверде тіло – газ (т / г) і тверде тіло -рідина (т / ж). Найчастіше термін «поверхня» використовується у випадках, коли одна з фаз газ або пар. Властивості прикордонного шару, природно, залежать від властивостей дотичних фаз і в першу чергу від сил міжмолекулярної тяжіння.

Це рівняння найчастіше використовують для оцінки енергії взаємодії молекул, так як недостатньо ясно як природа цієї взаємодії відбивається на величині числа B, характеризує відштовхування. У раді випадків використовують рівняння, де показник ступеня n змінюється від 9 до 12. Природа молекул позначається і на показнику ступеня m, що характеризує зміну енергії тяжіння. Якщо відбувається взаємодія двох іонів, то m = 1, що відповідає закону Кулона. Показник m = 2, виражає взаємодію іона з молекулою, що має постійний диполь, m = 4 – взаємодія іона і індукованого диполя. Якщо взаємодіють миттєві диполі (у разі дисперсійних сил Лондона), диполь – індукований диполь, вільно обертаються диполі, то m = 6.

Рівняння (1.1.2) відноситься до взаємодії двох ізольованих частинок (атомів, молекул, іонів). Взаємодія ансамблів молекул – макроскопічних тіл – результат підсумовування всіх видів взаємодій. Сума енергії парних взаємодій є тільки першим наближенням до істинного значення енергії взаємодії молекул в ансамблях. Енергії колективної взаємодії ми розглянемо трохи пізніше, коли перейдемо до вивчення стійкості дисперсних систем. Зміна енергії міжмолекулярної взаємодії в напрямку, перпендикулярному до поверхні розділу фаз, відбувається на відстані в кілька молекулярних шарів. Поза цією прикордонної області виявляються властивості об’ємних фаз. Схема межфазовой області наведена на рис. 1.1, де 1 – фаза 1, 2 – фаза 2, 3 – межфазовие область. Оскільки енергія міжмолекулярної взаємодії змінюється залежно від відстані між молекулами у великій мірі, то можна вважати, що стан молекул, характерне для фаз, встановлюється на малих відстанях від міжфазної поверхні. Отже, кожна фаза містить дві частини: одна з них характеризується об’ємними властивостями, інша – поверхневими. Так як властивості прикордонного шару не постійні по товщині і сильно розрізняються залежно від відстані до граничної поверхні, то виникає необхідність умовного виділення такій площині всередині прикордонного шару, яка дозволила б розділити властивості системи на «об’ємні» і «поверхневі». Такий поділ було проведено Гіббсом. Уявімо, що поряд з реальною системою (див. рис. 1.1), в якій в результаті дифузії поверхневий шар містить два типи молекул (концентрація яких змінюється по товщині цього прикордонного шару) і властивості системи змінюються поступово при переході від однієї фази до іншої, існує така ідеалізована система, в якій властивості кожної з фаз незмінні у всьому обсязі, аж до деякої площини (математична або умовна геометрична поверхня), де вони стрибком переходять у властивості іншої фази. Однак фактичні параметри системи в цілому відрізняються від суми параметрів обох співіснують об’ємних фаз. Ця різниця – позитивна або негативна – пояснюється наявністю поверхневого шару, що володіє властивостями, відмінними від властивостей дотичних фаз.

Посилання на основну публікацію