Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Поверхностное натяжение

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, стремление в-ва (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 пов-сти раздела фаз (размерность Дж/м2). Согласно др. определению, П. н.-сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего пов-сть раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к пов-сти и препятствует ее самопроизвольному увеличению.

П. н.-осн. термодинамич. характеристика поверхностного слоя жидкости на границе с газовой фазой или др. жидкостью. П. н. разл. жидкостей на границе с собств. паром изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих газов до неск. тыс. мН/м для расплавл. тугоплавких в-в. П. н. зависит от т-ры. Для мн. однокомпо-нентных неассоциир. жидкостей (вода, расплавы солей, жидкие металлы) вдали от критич. т-ры хорошо выполняется линейная зависимость:

http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/0/7/11207.jpeg

где s и s0-П. н. при т-рах T и T0 соотв., ahttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/0/8/11208.jpeg0,1 мН/(м·К)-температурный коэффициент П.н. Осн. способ регулирования П. н. заключается в использовании поверхностно-активных веществ (ПАВ).

П.н. входит во мн. ур-ния физики, физ. и коллоидной химии, электрохимии. Оно определяет след. величины: 1) капиллярное давление http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/0/9/11209.jpeg , где r1 и r2 -главные радиусы кривизны пов-сти, и давление насыщ. пара рr над искривленной пов-стью жидкости: http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/0/11210.jpeg, где r-радиус кривизны пов-сти, R -газовая постоянная, Vn-молярный объем жидкости, p0- давление над плоской пов-стью (законы Лапласа и Кельвина, см. Капиллярные явления).

2) Краевой угол смачивания http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/1/11211.jpeg в контакте жидкости с пов-стью твердого тела: coshttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/2/11212.jpeg , где http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/3/11213.jpeg-уд. своб. поверхностные энергии твердого тела на границе с газом и жидкостью, http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/4/11214.jpeg-П.н. жидкости (закон Юнга, см. Смачивание).

3) Адсорбцию ПАВ http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/5/11215.jpeg где m-хим. потенциал адсорбируемого в-ва (ур-ние Гиббса, см. Адсорбция). Для разб. р-ров http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/6/11216.jpeg где с-молярная концентрация ПАВ.

4) Состояние адсорбц. слоя ПАВ на пов-сти жидкости: (ps + a/A2)·(A - b)= kT, где ps = (s0s) - двухмерное давление, s0 и <т-соответственно П.н. чистой жидкости и той же жидкости при наличии адсорбц. слоя, а -постоянная (аналог постоянной Ван-дер-Ваальса), A-площадь поверхностного слоя, приходящаяся на одну адсорбир. молекулу, b -площадь, занимаемая 1 молекулой жидкости, k -постоянная Больцмана (ур-ние Фрумкина-Фольмера, см. Поверхностная активность).

5)Электрокапиллярный эффект: — ds/df = rs, где rs-плотность поверхностного заряда, f-потенциал электрода (ур-ние Липмана, см. Электрокапиллярные явления).

6) Работу образования критич. зародыша новой фазы Wc. Напр., при гомог. конденсации пара при давлении http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/7/11217.jpeg , где p0- давление пара над плоской поверхностью жидкости (ур-ние Гиббса, см. Зарождение новой фазы).

7) Длину l капиллярных волн на пов-сти жидкости: http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/8/11218.jpeg , где r-плотность жидкости, т-период колебаний, g-ускорение своб. падения.

8) Упругость жидких пленок со слоем ПАВ: модуль упругости http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/1/9/11219.jpeg , где s- площадь пленки (ур-ние Гиббса, см. Тонкие пленки).

П.н. измерено для мн. чистых в-в и смесей (р-ров, расплавов) в широком интервале т-р и составов. Поскольку П. н. весьма чувствительно к наличию примесей, измерения разными методиками не всегда дают совпадающие значения. Осн. методы измерения следующие:

1) подъем смачивающих жидкостей в капиллярах. Высота подъема http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/2/0/11220.jpeg , где http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/2/1/11221.jpeg -разность плотностей жидкости и вытесняемого газа, r-радиус капилляра. Точность определения П.н. растет с уменьшением отношения r/а (а-капиллярная постоянная жидкости).

2) Измерение макс. давления в газовом пузырьке (метод Ребиндера); расчет основан на ур-нии Лапласа. При выдавливании пузырька в жидкость через калиброванный капилляр радиусом г перед моментом отрыва давлениеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/2/2/11222.jpeg

3) Метод взвешивания капель (сталагмометрия): http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/2/3/11223.jpeg (ур-ние 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 коэф., зависящий от г и объема капли.

4) Метод уравновешивания пластины (метод Вильгельми). При погружении пластины с периметром сечения L в смачивающую жидкость вес пластины http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/2/4/11224.jpeg , где G0- вес сухой пластины.

5) Метод отрыва кольца (метод Дю Нуи). Для отрыва проволочного кольца радиусом R от пов-сти жидкости требуется сила http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/2/5/11225.jpeg

6) Метод сидящей капли. Профиль капли на несмачиваемой подложке определяется из условия постоянства суммы гидростатич. и капиллярного давлений. Дифференциальное ур-ние профиля капли решается численным интегрированием (метод Башфорта-Адамса). По измерениям геом. параметров профиля капли с помощью соответствующих таблиц находят П.н.

8) Метод вращающейся капли. Капля жидкости плотностью r1 помещается в трубку с более тяжелой (плотность r2) жидкостью. При вращении трубки с угловой скоростью w капля вытягивается вдоль оси, принимая приближенно форму цилиндра радиуса r. Расчетное ур-ние: http://www.pora.ru/image/encyclopedia/2/2/6/11226.jpeg . Метод применяют для измерения малых П.н. на границе двух жидкостей.

П. н. является определяющим фактором мн. технол. процессов: флотации, пропитки пористых материалов, нанесе-ния покрытий, моющего действия, порошковой металлургии, пайки и др. Велика роль П. н. в процессах, происходящих в невесомости.

Понятие П.н. впервые ввел Я. Сегнер (1752). В 1-й пол. 19 в. на основе представления о П.н. была развита мат. теория капиллярных явлений (П. Лаплас, С. Пуассон, К. Гаусс, А.Ю. Давидов). Во 2-й пол. 19 в. Дж. Гиббс развил термодинамич. теорию поверхностных явлений, в к-рой решающую роль играет П.н. В 20 в. разрабатываются методы регулирования П.н. с помощью ПАВ и электрокапиллярных эффектов (И. Ленгмюр, П. А. Ребиндер, A. H. Фрумкнн). Среди совр. актуальных проблем-развитие мол. теории П.н. разл. жидкостей (включая расплавл. металлы), влияние кривизны пов-сти на П. н.

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; АдамсонА., Физическая химия поверхностей, пер. с англ., M., 1979; Гиббс Дж. В., Термодинамика. Статистическая механика, M., 1982; Щукин E. Д., ПерцовА. В., Амелина E. А., Коллоидная химия, M., 1982.

Б. Д. Сумм.


1. www.medpulse.ru: Жизнь живота: отделяем правду от мифов
16.06.2012
... фермент, необходимый для расщепления сахара. После еды, вы можете уменьшить газообразование, принимая препараты, содержащие симетикон. Он эффективно борется с газом, ослабляя поверхностное натяжение на пузырях газа, образующихся в результате приема пищи, переваривание которой ...
2. www.yoki.ru: Физики сумели заставить солнечный блик крутить генератор
15.04.2009
... сантиметра в диаметре, разработали физики Калифорнийского университета Беркли. Кораблик представляет собой пластинку, покрытую миллиардами нанотрубок. Он держится на воде за счет поверхностного натяжения. Когда на него падает солнечный свет, сфокусированный линзой, все излучение поглощается. Вода под освещенным краем кораблика нагревается, это приводит к изменению поверхностного натяжения, и ...
3. www.ecosever.ru: Какая нам нужна вода?
26.08.2006
... normal; FONT-SIZE: 12pt; mso-bidi-font-weight: bold">2. Вода должна быть «жидкой», биологически доступной, легкоусвояемой, т.е. степень поверхностного натяжения между молекулами воды не должна быть слишком большой. Водопроводная вода имеет степень поверхностного натяжения до 73 дин/см, а внутри и внеклеточная вода около 43 дин/см. Клетке требуется большое ...
Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео