Tensiunea superficială. Substanțe de aspirație (lichide sau solide) pentru a reduce excesul de energia sa potențială la interfața cu cealaltă. fază (energie de suprafață). Acesta este definit ca activitatea desfășurată în domeniul creării unităților de interfață (dimensiune J / m 2). Conform unei alte definiții, tensiunea superficială - forța pe unitatea de lungime a interfeței suprafeței conturului de delimitare (dimensiune N / m); această forță care acționează tangențial la suprafață și împiedică creșterea acestuia spontană.
Tensiunea superficială - caracteristică termodinamică generală a suprafeței stratului de lichid la interfața cu faza de gaz sau alt lichid. Tensiunea superficială a diferitelor lichide pe granița cu propriul său abur variază în limite largi, de la unități pentru gazul lichefiat scăzut de fierbere la câteva mii mN / m pentru materialele refractare topite. Tensiunea superficială independentă de temperatură. Pentru mai multe lichide neasociate cu un singur component (apa, săruri topite, metale lichide.) De temperatura critică bună relație liniară are:
în cazul în care s și s0 - tensiunea superficială la temperaturi T și T0 respectiv, α≈0,1 mN / (m · K) - coeficientul de temperatură al tensiunii superficiale. Metoda de bază de ajustare a tensiunii superficiale este de a utiliza compuși activi de suprafață (surfactanți).
- presiune capilară. unde R1 și R2 sunt principalele raze de curbură a suprafeței, iar pr presiunea vaporilor de suprafața lichidului curbat: în care r - raza de curbură, R - constanta de gaz, Vn - volum molar de fluid, p0 - presiunea de deasupra suprafeței plane (legea Laplace și Kelvin , cm. fenomenul capilar).
- Unghiul de contact θ al lichidului în contact cu o suprafață solidă: cos, unde - suprafața energia liberă specifică a corpului solid la interfața cu gaz și lichid - tensiunea superficială a lichidului (legea lui Young, vezi Umezire.).
- Adsorbția agentului tensioactiv unde μ - (. Gibbs ecuația Adsorbtia cm) potențialul chimic al adsorbantului. Pentru soluții diluate unde c - concentrația molară de agent tensioactiv.
- strat Stare surfactant adsorbție pe suprafața lichidului: (ps + a / A 2) · (A - b) = kT. unde ps = (s0 -s) - dimensional presiune, s0 și s -, respectiv, tensiunea superficială a lichidului pur același lichid, în prezența unui strat de adsorbție, și - o constantă (constanta analog Van der Waals), A - suprafața stratului de suprafață per o moleculă adsorbit, b - suprafața ocupată de 1 moleculă de lichid, k - (. ecuația Frumkina-Volmer, vezi Surface Activity) constanta Boltzmann.
- efect Electrocapillary: - d s / d f = rs. unde rs - suprafață de densitate de încărcare, potențiale f-electrod (ecuația Lipman, vezi fenomenul electrocapillary.).
- Formarea de lucru a nucleului critic al noii faze a Wc. De exemplu, în condensarea omogenă a aburului la o presiune unde p0 - (. Ecuația Gibbs, vezi Limbo nouă fază) presiunea vaporilor de mai sus suprafața plană a lichidului.
- Lungimea l a undelor capilare pe o suprafață de lichid :. unde ρ - densitatea fluidului, τ - perioada de oscilație, g - accelerația gravitațională.
- Elasticitatea filme cu un strat de surfactant lichid: modul de elasticitate, în care s - suprafața filmului (ecuația Gibbs, vezi Thin Films.).
- ridica lichide de udare in capilare. Înălțimea de ridicare, în care - diferența de densități ale lichidului și gazului deplasat, ρ - raza capilarului. Precizia determinării tensiunii superficiale crește odată cu scăderea raportul ρ / α (α -kapillyarnaya lichide constante).
- Măsurarea presiunii maxime în butelia de gaz (metoda Rebinder); Calculul se bazează pe ecuația lui Laplace. Când bula de extrudare într-un lichid printr-o rază calibrat capilar r înainte de momentul presiunii de separare pm = 2σ / r
- Picături metoda de cântărire (stalagmometry): (ecuația Tate), unde G - greutatea totală de n picăturilor, desprinse gravitațional din tubul capilar raza r cutoff. Pentru a îmbunătăți precizia de pe partea dreapta se înmulțește cu coeficientul de corecție, care depinde de r și volumul picăturii.
- Metoda plăcii de echilibrare (metoda Wilhelmy). La imersia plăcii cu perimetrul secțiunii transversale L în placa umectarea greutate fluid unde G0 - greutatea plăcii uscate.
- inel de detașare (metoda Du Nui). Pentru separarea inelului de sârmă raza R de suprafața lichidului forța necesară
- Stând drop metoda. picătură profil pentru substratul nonwettable se determină din condiția ca suma presiunii hidrostatice și capilară. Ecuația diferențială a profilului picăturii se realizează prin integrarea numerică (metoda Bachfort Adams). Conform măsurătorilor de parametrul geometric scade profilul folosind tabelele respective sunt tensiune de suprafață.
- Metoda picăturii rotative. lichid densitate picătură r1 plasat într-un tub cu (densitate r2) lichid mai severe. La rotirea tubului cu o viteză unghiulară ω picătură este trasă de-a lungul axei, luând aproximativ raza r a formei cilindrului. Ecuația Estimat. Metoda utilizată pentru măsurarea tensiunii interfaciale scăzută între două lichide.
Tensiunea superficială este un factor determinant în multe procese: flotație, impregnare materiale poroase, de acoperire, detergente, metalurgia pulberilor, lipire etc. Rolul tensiunii superficiale în procesele care au loc în gravitate zero ..
Conceptul tensiunii superficiale primul care a introdus Ya.Segner (1752). În prima jumătate a secolului al XIX-lea. Teoria matematică a fenomenelor capilare (P. Laplace, S.Puasson, K.Gauss, A.Yu.Davidov) a fost dezvoltat pe ideea tensiunii superficiale. În a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Dzh.Gibbs a dezvoltat o teorie termodinamică a fenomenelor de suprafață. în care un rol esențial este jucat de tensiunea de suprafață. În secolul XX. metodele dezvoltate de reglare a tensiunii superficiale, folosind surfactant și efecte electrocapillary (I.Lengmyur, P.A.Rebinder, A.H.Frumknn). Printre problemele moderne actuale - dezvoltarea teoriei moleculare a tensiunii superficiale a diferitelor lichide (inclusiv metalul topit), influența curbura suprafeței asupra tensiunii superficiale
Lit:. Semenchenko VK Fenomene de suprafață din metale și aliaje, M. 1957; Ea Cohn C. Teoria moleculară a tensiunii superficiale în lichide, trans. din limba engleză. M. 1963; Rusanov AI Echilibrele de fază și fenomene de suprafață, L. 1967 Rehbinder PA lucrări selectate. Fenomene de suprafata in sisteme disperse. Coloid Chemistry, M. 1978; A. Adamson, Chimia fizică a suprafețelor, Acad. din limba engleză. M. 1979 JW Gibbs Termodinamicii. mecanicii statistice, M. 1982; Shchukin E.D. Pertsov AV Și EA Amelina Coloid Chimie, M. 1982.