Факторы, влияющие на поверхностное натяжение

Как уже отмечалось, поверхностное натяжение является мерой нескомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном слое. Она зависит от нескольких факторов.

Зависимость? от природы веществ.

Чем интенсивнее межмолекулярные взаимодействия в жидкости, тем сильнее отличаются друг от друга силы, действующие на поверхностные молекулы со стороны газа и со стороны жидкости (тем больше нескомпенсированность межмолекулярных сил в поверхностном слое) и тем больше поверхностное (межфазное) натяжение рассматриваемой жидкости. Это видно на рис. 1.3: силы межмолекулярного взаимодействия в жидкости ж2 больше, чем в жидкости ж2, следовательно, равнодействующая сила (Frl > Fr2) и поверхностное натяжение (с^ > а2) в первой жидкости выше.

Рис. 1.3. Схема, иллюстрирующая соотношение сил поверхностного натяжения двух жидкостей (ж,) и (ж₂) — F_rl и F_r2

В табл. 1.1 представлено поверхностное натяжение некоторых жидкостей при 20 °C на границе их раздела с воздухом. Из таблицы следует, что поверхностное натяжение воды существенно выше, чем у других жидкостей (кроме ртути). Дело в том, что между молекулами воды действуют все составляющие сил Ван-дер-Ваальса: ориентационные, индукционные и дисперсионные (см. параграф 1.5), а также — сильные водородные связи. Отсюда — интенсивные межмолекулярные взаимодействия и высокое значение, а = 72,8 мДж/м². Молекулы н-гексана связаны друг с другом только слабыми дисперсионными силами: молекулы насыщенных углеводородов способны лишь к незначительной поляризации. Следствием этого является наименьшее значение а среди приведенных в табл. 1.1. В целом, чем полярнее жидкость, т. е.

чем больше ее диэлектрическая проницаемость или дипольный момент ее молекул, тем выше о на поверхности контакта жидкости с неполярной фазой (воздух, сажа, н-гексан и т. п.).

Таблица 1.1

Поверхностное натяжение некоторых жидкостей при 20 °C.

В отличие от других приведенных в таблице жидкостей, ртуть — жидкий металл (при комнатной температуре). Атомы металла связаны между собой химическими связями (металлическая связь — разновидность ковалентной связи). Химические связи значительно интенсивнее межмолекулярных (физических) сил, по этой причине при 20 °C у ртути самое высокое поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение твердых тел о_т существенно превышает а жидкостей, поскольку интенсивность силового поля в твердых телах больше, чем в жидкостях (поэтому-то они и твердые). В настоящее время не существует прямых экспериментальных методов определения о_т, теоретические же оценки и экстраполяционные методики дают порядок их величины ~ 10³ мДж/м² при комнатной температуре.