Поверхностные явления

Рассмотрим границу раздела фаз жидкость – газ (рис. 7.5). В глубине жидкости каждая молекула окружена со всех сторон такими же молекулами, взаимодействие которых взаимно компенсируется. Молекулы на поверхности жидкости одновременно взаимодействуют с молекулами жидкости и газа. Воздействие молекул жидкой фазы превышает воздействие, оказываемое молекулами газовой фазы. Разница воздействий, оказываемых на молекулы поверхностного слоя со стороны жидкой и газообразной фазы, выражается результирующей силой, направленной вглубь жидкости. Эта сила стремится втянуть молекулу вглубь жидкости.

Рис. 7.5.Схема образования избытка поверхностной энергии молекул жидкости.

Чтобы образовать межфазную поверхность необходимо совершить работу (–А_обр) по преодолению этой силы при переносе молекул из объема жидкости на поверхность (знак (–) свидетельствует о совершении работы над системой). Затрачиваемая при этом энергия сосредотачивается в поверхностных молекулах и называется поверхностной энергией. Избыток поверхностной энергии, приходящийся на 1 м² поверхности (S) – поверхностное натяжение (σ):

, .

(7.24)

Поверхностное натяжение можно рассматривать и как тангентальную силу, рассчитанную на единицу длины периметра, ограничивающего поверхность жидкости.

Понятия о свободной поверхностной энергии справедливы для любых конденсированных систем, в том числе и для твердого тела, граничащего с газом или жидкостью.