Что Такое >  > п > поверхностное натяжение

Что такое поверхностное натяжение

поверхностное натяжение   Большая советская энциклопедия

поверхностное натяжение - важнейшая термодинамическая характеристика поверхности раздела фаз (тел), определяемая как работа обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности. В случае жидкой поверхности раздела П. н. правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Применительно к легкоподвижным поверхностям оба определения равнозначны, но первое предпочтительнее, т. к. имеет более ясный физ. смысл. П. н. на границе двух конденсированных фаз обычно наз. межфазным натяжением. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул вещества из объёма тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю (как в объёме тела) и направлена внутрь фазы с большей ко-гезией. Таким образом, П. н.- мера не-компенсированности межмолекул ярных сил в поверхностном (межфазном) слое или, что то же, избытка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах соприкасающихся фаз. В соответствии с определениями П. н. его выражают в дж/м² или н/м (эрг/см² или дин/см).

Благодаря П. н. жидкость при отсутствии внешних силовых воздействий принимает форму шара, отвечающую минимальной величине поверхности и, следовательно, наименьшему значению свободной поверхностной энергии. П. н. не зависит от величины и формы поверхности, если объёмы фаз достаточно велики по сравнению с размерами молекул; при повышении темп-ры, а также под действием поверхностно-активных веществ оно уменьшается. Расплавы металлов имеют наибольшее среди жидкостей П. н., напр, у платины при 2000 °С оно равно 1820 дин/см, у ртути при 20 °С -484. П. н. расплавленных солей значительно меньше - от неск. десятков до 200-300. П. н. воды при 20 °С - 72,8, а большинства органич. растворителей -в пределах 20-60. Самое низкое при комнатной темп-ре П. н. - ниже 10 -имеют нек-рые фторуглеродные жидкости.

В общем случае многокомпонентных систем в соответствии с термодинамич. ур-нием Гиббса при адсорбции изменение П. н.

компонентов i, i, ..., т. е. разность их концентраций в поверхностном слое и объёме раствора (или газа), a dм₁, dм₂,... -изменения химии, потенциалов соответствующих компонентов (знак "минус" показывает, что П. н. при положительной адсорбции уменьшается). Разницей в П. н. чистой жидкости и жидкости, покрытой адсорбционным монослоем, определяется поверхностное давление.

На легкоподвижных границах жидкость - газ (пар) или жидкость - жидкость П. н. можно непосредственно измерить мн. методами. Так, широко распространены способы определения П. н. по массе капли, отрывающейся от конца вертикальной трубки (сталагмометра); по величине максимального давления, необходимого для продавлива-ния в жидкость пузырька газа; по форме капли (или пузырька), лежащей на плоской поверхности, и т. д. Экспериментальное определение П. н. твёрдых тел затруднено из-за того, что их молекулы (или атомы) лишены возможности свободного перемещения. Исключение составляет пластическое течение металлов при темп-pax, близких к точке плавления. Ввиду анизотропии кристаллов П. н. на разных гранях кристалла различно. Понятия П. н. и свободной поверхностной энергии для твёрдых тел не тождественны. Дефекты кристаллич. решётки, гл. обр. дислокации, рёбра и вершины кристаллов, границы зёрен поликристаллич. тел, выходящие на поверхность, вносят свой вклад в свободную поверхностную энергию. П. н. твёрдых тел обычно определяют косвенно, исходя из межмолекулярных и межатомных взаимодействий. Величиной и изменениями П. н. обусловлены мн. поверхностные явления, особенно в дисперсных системах (см. также Капиллярные явления). Л. А. Шиц.

В живых организмах П. н. клетки - один из факторов, определяющих форму целой клетки и её частей. Для клеток, обладающих жёсткой или полужёсткой поверхностью (мн. микроорганизмы, инфузории, клетки растений и т. д.), значение П. н. невелико. У клеток, лишённых прочной надмембранной структуры (большинство клеток животных, нек-рые простейшие, сферопласты бактерий), П. н. в основном определяет конфигурацию (клетки, находящиеся во взвешенном в жидкости состоянии, приобретают форму, близкую к сферической). Форма клетки, прикреплённой к к.-л. субстрату или к др. клеткам, зависит преим. от др. факторов - цитоскелета, образуемого микротрубочками, контактных структур и т. д. Полагают, что локальные изменения П. н. существенны в таких явлениях, как фагоцитоз, пиноцитоз, гаструляция. Определение П. н. клетки - сложная экспериментальная задача; обычно П. н. клетки не превышает неск. дин/см (10^-3 н/м). А. Г. Маленков.

Лит.: Адам Н. К., Физика и химия поверхностей, пер. с^англ., М.- Л.,1947; Surface and colloid science, ed. E. Matijevic, v. 1, N. Y.- [a. o.], 1969. См. также лит. при ст. Поверхностные явления.