Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
парахор.docx
Скачиваний:
6
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
43.57 Кб
Скачать

Поверхностное натяжение жидкости.

Жидкости, как и твердые тела, обладают большой объемной упругостью, то есть сопротивляются изменению своего объема, но, как и газы, не обладают упругостью формы. Жидкость, налитая в сосуд, заполняет его и принимает форму сосуда. Действие силы тяжести прижимает жидкость ко дну сосуда, а свободная поверхность жидкости устанавливается горизонтально. Над поверхностью жидкости находится насыщенный пар и газообразный воздух. Таким образом, объем жидкости оказывается ограниченным стенками сосуда и газа. При этом условия, в которых находятся молекулы жидкости на границе раздела, будут отличаться от условий внутри объема жидкости (рисунок 2).

молекула

на поверхности

жидкости молекула внутри жидкости

жидкость

сосуд

Рисунок 2 – Силы, действующие на молекулу

На каждую молекулу, расположенную на глубине, окружающие молекулы действуют со всех сторон, поэтому равнодействующая всех сил, действующих на данную молекулу, с течением времени меняет свое направление хаотически. Под действием её молекула передвигается в жидкости.

На каждую молекулу, находящуюся на поверхности жидкости (на границе раздела жидкость-газ) действуют силы со стороны газа и со стороны жидкости, причем силы, действующие со стороны жидкости, во много раз больше сил, действующих со стороны газа (рисунок 2). Поэтому результирующая всех сил, действующих на каждую молекулу, на поверхности жидкости, направлена внутрь её. Таким образом, силы, действующие в поверхностном слое жидкости, стремятся уменьшить её свободную поверхность (сделать поверхность минимальной). По этой причине малое количество жидкости – шарики. Шар – это наименьшая поверхность, ограничивающая объем, и, следовательно, энергия поверхности жидкости при этом будет минимальной. При увеличении количества жидкости силы тяжести расплющивают каплю жидкости.

Из сказанного следует, что в поверхностном слое жидкости силы, действующие на молекулу, не скомпенсированы, и поверхность жидкости обладает свободной (поверхностной) энергией. Кроме этого, чтобы молекулу перенести из глубины жидкости в поверхностный слой, надо затратить работу против результирующей силы, направленной внутрь жидкости. То есть каждая молекула, лежащая в поверхностном слое жидкости, обладает некоторым избытком потенциальной энергии по сравнению c энергией молекул нижних слоев. Сумма избытков потенциальной энергии молекул на поверхности тоже входит в поверхностную энергию жидкости. Чем больше величина поверхности вещества, тем больше его поверхностная (свободная) энергия.

У различных веществ с одинаковой величиной поверхности будет различна величина поверхностной энергии. Это связано с тем, что величина результирующей силы, действующей на молекулу в поверхностном слое, для разных жидкостей и твердых тел различна. Кроме того, она зависит от среды, с которой граничит вещество. Поэтому сравнивать поверхностную энергию различных веществ можно только в том случае, если эти вещества граничат с одной и той же средой и поверхностная энергия относится к единице поверхности вещества, например к 1 м2.

Количественной мерой поверхностной энергии вещества, граничащего с данной средой, является удельная поверхностная энергия- коэффициент поверхностного натяжения .

Коэффициент поверхностного натяжения (или поверхностное натяжение) – это работа, которую надо затратить, чтобы образовать 1 м2поверхности вещества на данной границе раздела, то есть

А Дж

 = или=G =НТS ,,

S м2

где А – работа, затраченная на образование поверхности вещества;

S – площадь поверхности жидкости, м2;

G – изменение изобарного потенциала при увеличении единицы площади поверхности, Дж/м2;

Н – изменение энтальпии;

Т – абсолютная температура;

S – изменение энтропии.

Так как

d G

( )P=S ,

dT

то по изменению поверхностного натяжения в зависимости от температуры можно вычислить S при образовании единицы площади новой поверхности.

Поверхностное натяжение связывают с существованием внутреннего давления в веществе – силы, втягивающей молекулы внутрь жидкости и направленной перпендикулярно поверхности. Внутреннее давление тем выше, чем сильнее взаимодействие между молекулами, чем полярнее вещество, так как причиной его является действие межмолекулярных сил. Так внутреннее давление воды составляет 14800 атм, бензола – 3800 атм. Огромные значения внутреннего давления объясняют, почему жидкости малосжимаемы под действием внешних давлений, обычно применяемых на практике.

Д.И. Менделеев установил, что зависимость поверхностного натяжения от температуры – линейная:

t=0(1а. t),

где а – температурный коэффициент поверхностного натяжения.

С ростом температуры поверхностное натяжение уменьшается и при критической температуре.