Обсудим зависимость поверхностного и межфазного натяжения от особенностей взаимодействия между молекулами. Для простоты изложения энтропийные вклады в поверхностное натяжение можно не учитывать. Запишем энергию, приходящуюся на молекулу в объеме жидкости А, как
где Waa — отрицательная величина, характеризующая энергию притяжения между молекулами. Обозначим долю ближайших соседей в плоскости, параллельной поверхности, как /, а долю ближайших соседей в плоскости, расположенной над ней или под ней — как т. Тогда можно записать
Энергия на одну молекулу на поверхности вода-воздух описывается соотношением
так как в плоскости над поверхностью вода-воздух у молекулы нет соседей. Энергия, необходимая для переноса одной молекулы из объема на поверхность, выражаться тогда как
Поскольку энергия Waa — отрицательная величина, очевидно, что для переноса молекулы из объема на поверхность требуются источники положительной энергии. По этой причине капля жидкости принимает сферическую форму, достигая таким образом минимальной площади поверхности и, следовательно, минимальной полной энергии системы.
Величина AE в уравнении, будучи нормированной на площадь поперечного сечения молекулы яa9 равна поверхностной энергии. Поскольку в данном обсуждении мы пренебрегли энтропийными вкладами, эта величина равна свободной поверхностной энергии или поверхностному натяжению:
Уравнение еще раз показывает, что поверхностное натяжение жидкости является следствием энергии когезии жидкости.
Межфазное натяжение характеризует не только энергию когезии двух жидкостей, находящихся в контакте друг с другом, но также и взаимодействие между этими жидкостями или, точнее, взаимодействие между разными молекулами. Как и ранее, запишем энергию, приходящуюся на молекулу в обеих жидких фазах, как
Энергия, приходящаяся на молекулу типа А или В на межфазной границе AB, выражается соотношениями
Энергия, необходимая для создания поверхности, выраженная на единицу площади поверхности, равна межфазному натяжению:
Из уравнения следует, что межфазное натяжение пропорционально параметрам w или ч, т. е. определяется различием свойств этих жидкостей. Так, если данная пара жидкостей сильно различается по свойствам, их межфазное натяжение будет большим как, например, в системе вода-алифатический углеводород. Если же жидкости более совместимы, межфазное натяжение будет уменьшаться и в пределе может стать равным нулю. Приведенный анализ является некоторым приближением, поскольку в нем не учитывалась взаимная растворимость жидкостей и игнорировались энтропийные вклады.
Работа адгезии W^q между двумя материалами определяется вкладами межфазной и поверхностной энергии:
С учетом уравнений и, работу адгезии можно записать в следующем виде:
Прочие статьи:
Будущее вселенной
Современная космология не может ответить на вопрос будет ли расширение продолжаться или сменится сжатием. Для этого нужно знать величину средней плотности вещества во Вселенной и его отношение с критической плотностью. Если средняя плотно ...
Геологические эры и эволюция жизни
Органический мир развивался в течение миллиардов лет вместе с той средой, в которой ему приходилось существовать, т. е. вместе с Землей. Поэтому эволюцию жизни невозможно понять без эволюции Земли, и наоборот. Владимир Ковалевский (1842–1 ...
Развитие технических
средств информационных технологий. Унификация информационных технологий
Удовлетворение все возрастающих потребностей общества при неуклонном росте народонаселения земного шара требует резкого повышения эффективности всех сфер деятельности человека, непременным условием которого выступает адекватное повышение ...