4.3.2. Капиллярная конденсация

Поверхностное натяжение жидкости приводит к капиллярным явлениям: всасыванию жидкостей в узкие трубки (капилляры) или поры со смачиваемыми стенками и выталкиванию жидкостей из несмачиваемых капилляров (пор). Эти явления вызваны капиллярным давлением, создаваемым поверхностным натяжением на искривленной поверхности жидкости, образующейся вследствие смачивания или несмачивания. За счет смачивания поверхности капилляра находящаяся в нем жидкость образует мениск вогнутой формы, благодаря чему давление насыщенного пара над ним ниже, чем над плоской поверхностью, поэтому возникает разность давлений, приводящая к поднятию поверхности жидкости на высоту h. Если жидкость не смачивает поверхность стекла, то мениск получается выпуклым и уровень жидкости в капилляре опускается на величину h. Капиллярное давление обратно пропорционально радиусу кривизны поверхности r (уравнение Лапласа):

P =2/r.

При полном смачивании в узкой трубке радиус кривизны мениска практически равен радиусу капилляра r₀ и P = 2/r₀; при полном несмачивании Р имеет ту же величину, но противоположно по знаку. При промежуточном значении краевого угла смачивания радиус кривизны равен : r =r₀/cos и P =2cos/r.

Высота поднятия или опускания жидкости в капилляре (h) связана со свойствами капилляра, жидкости и газа уравнением Жюрена:

H=(2cosgr₀_^

Где r₀ - радиус капилляра,  - плотность жидкости, ₀ - плотность газовой фазы. краевой угол смачивания, g - ускорение свободного падения.

Капиллярное всасывание определяет миграцию воды в почвах, грунтах и пористых материалах, влияет на сушку пористых материалов, на поведение воды и нефти в породах. Капиллярные явления важны при образовании зародышей новой фазы, например конденсации паров в жидкость, начала кипения жидкости, кристаллизации из насыщенных растворов и др. Отношение давлений насыщенного пара над мениском и над плоской поверхностью описывается уравнением Кельвина:

P/p₀ = exp[(2v)/(rRT)],

где r - радиус кривизны поверхности раздела фаз, v - объем одного моля жидкости. Для выпуклых поверхностей r>0, для вогнутых r<0. Это уравнение объясняет, почему крупные капли растут за счет испарения более мелких.

4.4. Свойства коллоидных растворов

4.4.1. Оптические свойства

Коллоидные растворы прозрачны в проходящем свете, но при боковом освещении золя на темном фоне заметна опалесценция, то-есть матовое свечение. Если на пути источника света к раствору поставить линзу, то при наблюдении золя в поперечном направлении на темном фоне виден яркий световой конус (эффект Фарадея-Тиндаля). Причиной опалесценции является рассеяние световых лучей в микронеоднородной среде коллоидного раствора с размерами частиц , на порядок меньшими длины волны. Большие частицы лучше рассеивают длинноволновую часть спектра, а с уменьшением размера частиц увеличивается рассеяние коротковолноаой части спектра. Эффект Фарадея-Тиндаля используется для обнаружения коллоидных растворов.

Для золей характерно также явление оптической анизотропии - различия оптических свойств по разным направлениям. При отражении от коллоидных частиц рассеянный свет поляризуется, что обнаруживается при наблюдении через поляризационный светофильтр. Это явление зависит от внутреннего строения частиц, их формы или ориентации в растворе.