1.3. Поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение (σ) — это работа, которую требуется затратить для образования единицы поверхности (размерность Дж/м2).
Поверхностное натяжение (σ) — это мера избытка поверхностной энергии, приходящегося на единицу площади поверхности, который возникает за счет нескомпенсированности сил межмолекулярных взаимодействий у молекул поверхностного слоя.
Зависимость поверхностного натяжения от различных факторов
От природы жидкости
Поверхностное натяжение некоторых жидких веществ на границе с воздухом при температуре 293 К
Вещество |
σ10–3 Дж/м2 |
Гексан |
18.4 |
Этанол |
22.8 |
Ацетон |
23.8 |
Фенол |
42.3 |
Анилин |
43.9 |
Сыворотка крови человека |
46 47 |
Вода |
72.7 |
От температуры
При повышении температуры силы межмолекулярных взаимодействий ослабевают и поверхностное натяжение уменьшается.
При критической температуре исчезает поверхность раздела фаз жидкость—пар, поверхностное натяжение становится равным 0.
От давления
При повышении давления увеличивается взаимодействие поверхностных слоев жидкостей с молекулами газовой фазы и уменьшается избыток энергии молекул на поверхности (сила F становится меньше) –– поверхностное натяжение уменьшается.
Зависимость поверхностного натяжения водных растворов различных веществ от их природы и концентрации
ПАВ (поверхностно-активные вещества) — вещества, понижающие поверхностное натяжение водных растворов. Это органические соединения, обладающие дифильной природой — их молекулы содержат неполярные гидрофобные участки (слабо взаимодействующие с молекулами воды) и полярные гидрофильные группы (сильно взаимодействующие с молекулами воды).
σПАВ
σН2О
Неионогенные ПАВ — спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры.
Ионогенные ПАВ — органические кислоты, амины и их соли.
Изотермы ПАВ, отличающихся разной длиной углеродной цепи.
Молекулы ПАВ накапливаются на поверхности раздела фаз, понижая поверхностное натяжение.
Образование "частокола Ленгмюра" из молекул пав на границе раздела раствор––воздух.
ПИВ (поверхностно-инактивные вещества) — вещества, повышающие поверхностное натяжение водных растворов (при больших концентрациях). Сильные неорганические электролиты — соли, кислоты, щелочи.
σПИВ
σН2О
Ионы ПИВ сильно взаимодействуют с молекулами воды и стремятся уйти с поверхности вглубь жидкости. Появление их на поверхности повышает поверхностное натяжение.
ПНВ (поверхностно-неактивные вещества) — вещества, не изменяющие поверхностное натяжение водных растворов. Многоатомные спирты, углеводы.
Силы межмолекулярных взаимодействий молекул ПНВ с молекулами воды и молекул воды между собой приблизительно равны. ПНВ не изменяют поверхностное натяжение.
Концентрация молекул ПНВ в поверхностном слое и внутри жидкости одинакова.
