Основные свойства дисперсных систем

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒

определяются нескомпенсированной поверхностной энергией

Наличие значительного избытка свободной поверхностной энергии на межфазной поверхности, значение которой прямо пропорционально удельной поверхности.

Механизм возникновения поверхностной энергии рассмотрим на примере системы жидкость – газ (рис. 2). Для молекул, находящихся в объеме жидкой фазы, силы межмолекулярного взаимодействия симметричны, равнодействующая их равна 0.

Для молекул, расположенных на межфазной поверхности, симметрия сил нарушается: притяжение со стороны молекул газа слабее, чем со стороны молекул жидкости. В результате возникает результирующая сила, направленная внутрь более плотной (жидкой) фазы. Эту силу часто называют внутренним давлением. Чем сильнее различаются межмолекулярные взаимодействия в граничащих фазах, тем больше внутреннее давление. Так, для воды оно составляет 1,5×10⁹ Па (14 800 атм.). Поэтому плотность капельных жидкостей практически не изменяется при увеличении внешнего давления. Такие жидкости называют несжимаемыми.

Рис. 2. Межмолекулярные взаимодействия внутри фазы и на поверхности раздела фаз

Жидкость

Газ

Нереализованная способность поверхностных молекул к взаимодействию обуславливает появление свободной поверхностной энергии G_пов.

Общая поверхностная энергия системы определяется площадью поверхности S и удельной поверхностной энергией s, называемой поверхностным натяжением:

G_пов = sS.

С точки зрения термодинамики, поверхностное натяжение – это работа обратимого процесса образования единицы площади новой поверхности при постоянных температуре Т, давлении р и составе жидкости.

Для образования новой межфазной поверхности необходимо перевести часть молекул из объема жидкости в поверхностный слой, затратив при этом работу против внутреннего давления, стремящегося втянуть молекулы поверхностного слоя внутрь фазы, т. е.

,

где dА_обр – термодинамически обратимая работа; она отрицательна, так как совершается над системой.

При р, Т = const

-dA_обр = dG,

где G – свободная энергия Гиббса,

В результате действия s текучие системы принимают форму с минимальной поверхностью фазы при заданном объеме – форму сферы. Поэтому такие жидкости называют капельными.

Поверхностное натяжение на границе двух конденсированных фаз называет межфазовым. Оно образуется на поверхности раздела двух взаимно нерастворимых жидкостей, твердого тела с жидкостью и двух твердых тел и обозначается соответственно s_ж-ж, s_т-ж, s_т-т.

Поверхностное натяжение с ростом температуры снижается. Это связано с ростом давления насыщенного пара и уменьшением нескомпенсированности межмолекулярного взаимодействия. Поэтому при оценке значений s необходимо указывать температуру.

При 293 К s воды составляет 72,75 мДж/м², подсолнечного масла – 33, сырого молока – 45-60, а сухих вин – 46-52 мДж/м², что ниже s воды.

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒

Просмотров 762

Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.su - 2024 год. Все права принадлежат их авторам!