Tensiunea superficială - studopediya

moleculele de lichid sunt situate foarte aproape una de alta, astfel încât forțele de atracție ajunge la o valoare considerabilă. Fiecare moleculă este atras de moleculele vecine.

Dacă molecula este localizată în interiorul lichidului (Fig. 16), forța rezultantă care acționează asupra este zero. Situația este diferită în cazul în care molecula este în stratul de suprafață a lichidului. Densitatea de vapori (sau gaz), care se învecinează cu fluidul este de multe ori mai mică decât densitatea lichidului, astfel încât rezultanta forțelor exercitate de moleculele de vapori va fi prea mult mai mică decât forța rezultantă exercitată de moleculele de lichid. Ca rezultat, fiecare moleculă din stratul de suprafață va fi o forță îndreptată în lichid.

Fig. 16. Apariția forțelor de tensiune de suprafață

În tranziția unei molecule din adâncimea de lichid în stratul de suprafață al moleculei se face acționând pe cont propriu în acest strat este de lucru negativ. Energia cinetică a moleculelor scade, devenind potențial. Astfel, moleculele din stratul de suprafață au energia potențială suplimentară. Stratul de suprafață are, în general mai multă energie, care este o parte integrantă a energiei interne a lichidului.

Având această energie suplimentară conduce la faptul că lichidul tinde să reducă suprafața sa. Lichidul se comportă ca și cum ar fi fost închisă în filmul întins elastic tinde să se micșoreze. De fapt, filmul nu este nici, stratul de suprafață este alcătuit din aceleași molecule ca și restul lichidului.

Mental pentru a distinge porțiuni de suprafață lichidă delimitată de închisă lungime buclă l. Dorința acestei zone duce la o reducere a faptului că acesta va acționa pe restul suprafeței cu tangenta la forțele de suprafață. Aceste forțe sunt numite forțe de tensiune superficială. Pentru a cuantifica mărimea forței de suprafață este introdusă, care se numește coeficientul de tensiune superficială (sau tensiune superficială).

Tensiunea superficială (# 945) - cantitatea fizică scalară, egal cu raportul dintre modulul de suprafață F. Forța de tensiune care acționează asupra suprafeței de delimitare lungimii stratului l. această lungime:

Pentru a schimba aria stratului de suprafață, la o temperatură constantă, cu o valoare dS. este necesar să se facă munca

unde # 945; - coeficientul de tensiune superficială.

La schimbarea zonei de S1 S2 la locul de muncă va fi, respectiv, egală cu:

La efectuarea lucrărilor de o energie de suprafață a modificărilor strat de # 916; Wpov.

.

Astfel, este posibil să se dea o altă definiție a tensiunii superficiale.

tensiune superficială - mărime fizică scalară, egală cu raportul de schimbare a potențialului energetic al stratului de suprafață la o schimbare în suprafața acestui strat.

Coeficientul de tensiune superficială depinde de compoziția chimică a lichidului și de temperatura acestuia. Cu creșterea temperaturii, # 945; scade și devine zero la temperatura critică.

Tensiunea superficială depinde în mod esențial de impuritățile prezente în lichide. Substanțe pentru reducerea tensiunii superficiale a lichidului, numit compuși activi de suprafață (surfactanți). Cel mai cunoscut agent activ de suprafață în raport cu apa este săpun. Aceasta reduce semnificativ tensiunea de suprafață (aproximativ 7,5 x 10 -2-4.5 x 10 -2 N / m). Relativ agenți activi de suprafață de apă sunt esteri, alcooli, uleiuri, etc. Din punct de vedere molecular al efectului surfactanților se explică prin faptul că forțele de atracție dintre moleculele de lichid este mai mare decât forța de atracție dintre moleculele de lichid și impurități. moleculele de lichid în stratul de suprafață, cu o forță mai mare în lichidele retractat decât molecula de impurități. Ca urmare, moleculele de lichid sunt transferate din stratul de suprafață al adâncimii sale, iar moleculele de surfactant sunt deplasate la suprafață.

Surfactanții sunt utilizați ca agenți de umectare, agenți de flotație, agenți de spumare, dispersanți - reductoare de duritate, plastifianți, modificatori de cristalizare și altele.

Toate condițiile speciale menționate mai sus, care sunt molecule ale stratului de suprafață și, de asemenea, se referă în întregime la solide. În consecință, solide, sub formă de lichide, au o tensiune superficială.

Atunci când fenomenele luând în considerare, la interfața dintre diferite medii ar trebui să se țină seama de faptul că energia de suprafață a unui lichid sau un solid nu depinde numai de proprietățile lichide sau solide, dar, de asemenea, pe proprietățile materialului cu care se învecinează. Strict vorbind, trebuie să ia în considerare energia totală de suprafață # 945; 12 dintre cele două substanțe învecinate reciproc. Numai dacă o singură substanță gazoasă care nu reacționează chimic cu o altă substanță și se dizolvă puțin în ea, putem vorbi doar de (coeficientul sau tensiune superficială) energia de suprafață a doua fază lichidă sau solidă.

Fig. 17. Limita unui lichid, gaz și solid

Dacă frontieră reciproc doar trei ingrediente: solide, lichide și gazoase (. Figura 17), întregul sistem presupune o configurație care corespunde cu energia potențială totală minimă (suprafață în câmpul gravitațional, etc ...). În special, conturul care racordează cele trei substanțe situate pe suprafața corpului solid, astfel încât suma proiecțiilor tuturor aplicate fiecărui element al conturului forțelor de tensiune de suprafață, în direcția în care elementul de circuit poate fi deplasat (m. E. direcția tangentei suprafață solidă) este zero. Fig. 17 că starea de echilibru lungimea elementului de circuit # 916; l poate fi scris astfel:

unde # 945; TG. # 945; și TJ # 945; xi - coeficienții de tensiune superficială la limitele: solid - gaz, solid - lichid și lichidul -gaz.

Contorizate într unghi lichid # 952; între tangenta la suprafața unui solid și o suprafață de lichid se numește unghiul de contact. În conformitate cu (37)

Unghiul de contact este determinat de expresia (38), numai cu condiția ca

În cazul în care (39) nu este îndeplinită, și anume, | # 945; TG - # 945; TJ |> # 945; xi. pentru orice valoare a # 952; nu se poate stabili un echilibru. Acest lucru are loc în două cazuri.

1) # 945; TG> # 945; TJ + # 945; xi. Nu contează cât de mici un unghi # 952;, putere # 945; TG depășește celelalte două (figura 18, a.). În acest caz, spread-urile lichide peste corp rigid la infinit suprafata - există o umezire completă. Suprafața de înlocuire solid - gaz două suprafețe, solide - lichid și lichid - gaz punct de vedere energetic avantajos. Atunci când udate complet unghiul de contact este zero.

2) # 945, TJ> # 945; n + # 945; xi. Nu contează cât unghiul # 952; aproape de tt, puterea # 945; TJ depășește celelalte două (figura 18, b). In acest caz, suprafața pe care fluidul este delimitat cu solid, se prăbușește la un punct, lichidul se separă de suprafața solidă - este totală non-umezire. Suprafața de înlocuire solid - lichid două suprafețe, solide - lichid și gaz - un gaz energetic este avantajoasă. Când complet unghiul de contact non-umezire egal cu π.

Fig. 18. completă umectare completă și non-udare

Când starea (39), unghiul de contact poate fi acută sau obtuz în funcție de raportul dintre # 945; TG și # 945; TJ. dacă # 945; TG> # 945; TJ. apoi cos # 952;> 0 și unghiul # 952; - acută (Figura 19, a.). În acest caz, există o umezire parțială. dacă # 945; TG <αТЖ. то cosθ <0, и угол θ — тупой (рис. 19,б). В этом случае имеет место частичное несмачивание.

Figura 19. umectarea parțială parțială și non-udare