Поверхностное натяжение веществ на границе с воздухом

(Т=298 К)

У твердых тел межмолекулярные и межатомные взаимодействия больше на величину, определяющую ∆Н_пл . Соответственно, они имеют большие значения σ или G_s. Для более тугоплавких веществ значения σ выше, что объясняется более прочными межмолекулярными связями.

3) природа контактирующих фаз

Чем сильнее взаимодействие между контактирующими фазами, тем меньше поверхностное натяжение на границе раздела этих фаз.

В случае контакта двух несмешивающихся жидкостей ж₁/ж₂ нельзя пренебречь взаимодействием между молекулами на границе раздела фаз.

Наличие над слоем одной жидкости другой, несмешивающейся с первой, приводит к уменьшению σ, поскольку при взаимодействии между контактирующими фазами уменьшается нескомпенсированность сил на поверхности первой жидкости.

Поверхностное натяжение уменьшается тем сильнее, чем меньше различие в полярностях на границе раздела ж₁/ж₂. Жидкости, близкие по полярности, смешиваются друг с другом, и поэтому их σ_1,2 может быть равным 0. Чем больше разность полярностей фаз, тем выше поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Приведем примеры (при Т=293 К):

σ_Н2О/г = 72,75 мДж/м²

σ_Н2О/С6Н6 = 34,11 мДж/м²

σ_{Н2О/СН3Сl} = 27,7 мДж/м²

σ_{Н2О/эт.эфир} = 10,0 мДж/м²

σ_{Н2О/С2Н5ОН}= 0 мДж/м², _{так как границы раздела между спиртом и водой не существует.}

Если жидкости мало растворимы друг в друге, то как показал Антонов еще в 1908 г. σ на границе ж₁/ж₂ ≈ разности поверхностных натяжений взаимно насыщенных жидкостей на границе их с воздухом (правило Антонова):σ _ж1/ж2 ≈ σ _ж1/в - σ _ж2/в (2.19)

Влияние добавок

Поверхностное натяжение растворов отличается от поверхностного натяжения растворителя. Зависимость σ_ж/г = f(С) при Т=const называется изотермой поверхностного натяжения. Знак dσ/dс указывает на характер зависимости σ от концентрации С. Условимся рассматривать изотерму поверхностного натяжения только для водных растворов, поэтому при С=0 поверхностное натяжение σ_о равно σ_н2о при данной температуре.

σ

1

с

Рис.2.6. Изотермы поверхностного натяжения на границе ж/г в зависимости от концентрации растворенного вещества

Для водных растворов различают 3 основных типов изотерм:

1. поверхностно-неактивные вещества, не изменяющие поверхностное натяжение (кривая 1).

2. поверхностно- инактивные вещества (электролиты), которые в воде диссоциируют с образованием ионов, которые хорошо гидратируются, т.к. Е_ион/н2о>Е _н2о/н2о, поэтому ионы интенсивно втягиваются вглубь раствора, dσ/dс > 0 (кривая 2).

Для границы раздела фаз вода - воздух это соли, щелочи, минеральные кислоты, т.е. любые соединения, образующие в растворе только неорганические ионы. Их действие объясняется следующим образом: силы притяжения ионов и диполей воды сильнее, чем диполей друг к другу, поэтому при растворении ПИВ в воде увеличиваются межмолекулярные взаимодействия в поверхностном слое, а, следовательно, увеличивается и σ.

Эффект увеличения σ от добавки ПИВ в воду обычно незначителен. Это видно из рис.2.5. Так, поверхностное натяжение чистой воды при 20°С равно 72,8 мДж/м², для 1 % раствора NaOH оно составляет 73,0 мДж/м² и лишь у 10% раствора NaOH ст достигает 77,5 мДж/м².

3. поверхностно-активные вещества, которые уменьшают поверхностное натяжение на границе раздела фаз (кривая 3).

Способность уменьшать поверхностное натяжение называется поверхностной активностью (2.20)

К ПАВ относятся органические молекулы с несимметричным строением молекул, состоящие из полярных и неполярных групп – с дифильным строением (рис.2.7):