Поверхневий натяг
Поверхневий натяг — фізичне явище, суть якого в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі. Своєю появою сили поверхневого натягу завдячують поверхневій енергії. Поверхневий натяг може бути пояснений притяганням між молекулами рідини. Він виникає як у випадку поверхні розділу між рідиною й газом, так і у випадку поверхні розділу двох різних рідин.
Поверхнева енергія пропорційна площі поверхні поділу двох фаз S:
Eп = σ · S.
Коефіцієнт пропорційності σ, називають коефіцієнтом поверхневого натягу. Його значення залежить від природи дотичних середовищ. Цей коефіцієнт можна подати у вигляді
де F — сила поверхневого натягу;
l — довжина лінії, що обмежує поверхню поділу.
Поверхневий натяг рідини чутливий до її чистоти, складу і температури. Речовини, здатні значною мірою знизити сили поверхневого натягу, називаються поверхнево-активними речовинами (ПАР). При підвищенні температури величина сил поверхневого натягу зменшується, а в критичній точці кипіння рідини прямує до нуля.
На межі поділу вода — повітря при t=20°С коефіцієнт поверхневого натягу σ=0,073 Дж/м2, а для межі поділу ртуть — повітря коефіцієнт σ=0,48 Дж/м2.
Змочуваність рідин
На поверхні поділу трьох фаз, наприклад, твердої стінки, рідини і газу між поверхнею рідини і твердою стінкою утворюється так званий крайовий кут θ. Величина крайового кута залежить від природи дотичних середовищ (від поверхневих натягів на їхніх межах) і не залежить ні від форми посудини, ні від дії сили ваги. Якщо край рідини піднятий, її поверхня має увігнуту форму — крайовий кут гострий. У цьому разі рідина змочує тверду поверхню. Чим гірша змочувальна здатність рідини, тим більшим є крайовий кут. При θ>90° рідина вважається незмочувальною, при повному незмочуванні θ=180°. Краплі такої рідини немов би підгортаються, намагаючись зменшити площу контакту з твердою поверхнею.
Рівняння Ван - дер – Ваальса
Створено декілька моделей реального газу, які представлені рівняннями, наприклад, Ван - дер - Ваальса, Бертло, Майєра, Вукаловича й Новікова і т. п. Нижче ми зупинимося на моделі Ван-дер-Ваальса.
Рівняння Ван - дер - Ваальса одержано введенням у рівняння Клапейрона-Менделеєва поправок на додатковий внутрішній тиск, викликаний взаємодією частинок, та на власний об'єм частинок. Для моля реального газу рівняння Ван-дер-Ваальса має вигляд
, (1)
де об'єм моля газу, додатковий внутрішній тиск, b ¾ поправка на власний об'єм частинок, яка враховує дію сил відштовхування. Ізотерми Ван-дер-Ваальса представлені на Мал.62.
Рівняння Ван - дер - Ваальса (1) при сталому тискові є рівнянням третього ступеня відносно об'єму V і має три дійсних корені , які, при збільшенні температури, зближуються і, при критичній температурі, встановляться рівними. Огинаюча крайніх коренів ізотерм Ван-дер-Ваальса утворює купол подібний куполові реальних ізотерм. Ділянка ізотерми 1¾1' відповідає перегрітій рідині, а 2¾2' переохолодженому парові. Відрізки, що з'єднують стани 1 та 2 відповідають поличкам реальних ізотерм.
Таким чином проста модель реального газу Ван-дер-Ваальса є достатньо наближеною до експериментальних кривих, окрім ділянки ізотерм 1'¾2', які у реальних ізотермах відсутні.
Величини а і b рівняння Ван-дер-Ваальса зв'язані з параметрами критичного стану моля газу pk, Vmk, Tk. Відповідні співвідношення випливають із того, що в критичній точці (рk ,Vk) рівняння Ван - дер - Ваальса відносно V має вигляд
(2)
і має три рівних корені V=Vmk. Згідно з теоремою Гаса, це рівняння може бути представлено у вигляді.
Запишемо (2-3) як два многочлени відносно V.
, (4)
. (5)
Прирівнюючи в (4-5) коефіцієнти при відповідних степенях V, одержимо три рівняння для визначення критичних параметрів газу через сталі Ван - дер – Ваальса.
В результаті розв'язку (6) маємо
,,,,, (6)
Крім того, сталу b у (7) можна записати через ефективний діаметр d, що визначає власний об'єм V моля частинок, а саме,
, (7)
де число Авогадро.