Поверхностное натяжение и прочность межчастичных связей

Возьмем столбик жидкости в 1 см² сечением. Разорвем этот столбик без деформации по площадке abed.

F— свободный потенциал, или энергия Гельмгольца, всей жидкости до разрыва.

F + 2о — свободный потенциал жидкости после разрыва.

Изменение энергии Гельмгольца называется работой когезии, или когезией, и равно 2о.

Рис. 3.5. Схема разделения столбика.

_ _ жидкости Таким образом, мы видим, что когезия жидкости равна удвоенной величине поверхностного натяжения. Чем прочнее межчастичные силы, тем больше равнодействующая, тем больше когезия. Поэтому определение поверхностного натяжения дает информацию о прочности межчастичных связей. Ниже приведены значения поверхностных натяжений различных веществ в жидком состоянии при температуре вблизи ликвидуса.

В металлах связи координационные, натяжение большое, в хлоридах — 120—150 мДж/м² (КС1, NaCl). Поверхностное натяжение воды определяется водородными связями, в спирте и бензоле — силы молекулярные.

Часто встречаются системы, в которых контактируют различные жидкости. Если на единице межфазной поверхности оторвать одну жидкость от другой по единичной площадке в 1 см² без деформации, то свободная энергия системы до разрыва, пока жидкости соприкасались, составит После разрыва по границе раздела фаз образуются две новые поверхности площадью по 1 см². Свободная энергия системы после разрыва составит

Рис. 3.6. Разделение двух жидкостей.

Изменение свободной энергии.

Эту работу обратимого изотермического разделения двух фаз, отнесенную к единице поверхности, называют работой адгезии, или просто адгезией.

Определение поверхностного натяжения необходимо для оценки адгезии фаз, а она играет важную роль в самых разных областях техники (силикатные технологии, металлургия, космонавтика и др.). Другого способа определения адгезии нет. Пока не умеют определять адгезию двух твердых фаз, не научились определять точно адгезию и натяжение двух жидких веществ.

Различие в энергиях связи твердых и жидких веществ невелико.

В твердых фазах существуют неоднородности, жидкости быстро доходят до состояния равновесия. Когда речь идет об адгезии в высокотемпературных системах, то эти характеристики почти не изучены. Свойства таких систем неустойчивы, очень капризны, небольшие примеси сильно искажают поверхностные явления.