Реферат: Термодинамика поверхностного слоя

где k – поправочный коэффициент, учитывает, что поднимающийся при отрыве кольца столб жидкости не имеет формы правильного полого цилиндра.

Метод капиллярного поднятия (рис. 2.1.2.1, г).

В капилляре за счет смачивания образуется вогнутый мениск с радиусом кривизны r , поверхностное натяжениеs_жг вызывает капиллярное давление Dр . Оно уравновешивается весом Р _н столба жидкости высотой Н :

, (4)

где q - краевой угол смачивания.

Капиллярное давление уравновешивается весом столба Р_Н жидкости высотой Н , т.е. Dр = Р_Н . С учетом (4) и веса столба жидкости можно записать:

, (5)

где r, r₀ – плотность жидкости и газа (воздуха).

В связи с тем, что r >> r₀ , плотностью газа можно пренебречь, тогда высота подъема жидкости в капилляре определяется по формуле

.

Р и с. 2.1.2.1. Методы определения поверхностного натяжения: а - наибольшего давления в пузырьке, б – сталагмометрическим, в – отрыва кольца, г – капиллярного поднятия

При полном смачивании, когда q = 0 и cosq = 1, имеем

.

- уравнение Жюрена,

гдеD r – разность плотностей жидкости и газовой фазы;

g – ускорение свободного падения;

а – капиллярная постоянная.

Поверхностное натяжение индивидуальных веществ (жидкостей) монотонно убывает с возрастанием температуры.

_т = ₀ - aT ,

где _т - поверхностное натяжение при данной температуре;

₀ - поверхностное натяжение при стандартной температуре;

D Т - разность температур;

а - температурный коэффициент; .

Если вещество поверхностно активно, то с увеличением концентрации изотерма резко уменьшается (кривая 1 рис. 2.1.2.2).

Это объясняется тем, что вначале вся поверхность раздела жидкой фазы свободна от поверхностно-активных веществ (ПАВ) и небольшое его количество, присутствующее в растворе, почти целиком уходит на поверхность. Затем следует криволинейный участок, отвечающий средней концентрации. В этих условиях значительная часть поверхности занята молекулами поверхностно-активных веществ (ПАВ), что снижает скорость повышения концентрации на границе раздела. Большим концентрациям на изотерме отвечает почти горизонтальный участок (кривая 3), показывающий, что поверхностное натяжение мало зависит от концентрации. При этих условиях на границе «жидкость – воздух» образуется сплошной монослой поверхностно-активного вещества (ПАВ), и увеличение его концентрации на границе невозможно в дальнейшем. При увеличении концентрации поверхностного инактивного вещества в растворе изотерма полого поднимается (кривая 2). Это объясняется тем, что поверхностные инактивные вещества благодаря высокому поверхностному натяжению и активности уходят в объем, а на границе раздела «жидкость – воздух» имеются лишь сравнительно небольшие концентрации вещества, попадающего туда за счет диффузии из объема раствора. При увеличении концентрации веществ, не влияющих на поверхностное натяжение, изотерма представляет собой прямую, параллельную оси концентрации. Следует отметить, что отнесение веществ к той или иной группе зависит от природы растворителя. Одно и тоже вещество для разных растворителей может быть и поверхностно-активным веществом (ПАВ), и не влиять на поверхностное натяжение.

Для малых и средних концентраций поверхностно-активных веществ (ПАВ) при описании зависимости = f ( c ) используется уравнение Шишковского :

,

где s ₀ – поверхностное натяжение растворителя (Н/м);