Поверхностное натяжение

Наиболее важной характеристикой поверхности является поверхностное натяжение. Оно характеризует избыток поверхностной энергии, приходящийся на 1 м² межфазной поверхности.

Поверхностное натяжение () равно термодинамически обратимой[1], изотермической работе, которую надо совершить, чтобы увеличить площадь межфазной поверхности на единицу.

T=const, , [ ]=Дж/м² или (Нм)/м² = Н/м,

где – термодинамически обратимая работа, затраченная на образование поверхности площадью dS_{1, 2}, так как работа совершается над системой, то она является отрицательной.

Обычно работу совершают или при условии постоянства объема и температуры (V, Т = const), или при постоянных температуре и давлении (Р, Т = const). Рассмотрим оба варианта:

1) V, Т = const

– = dF,

где F – свободная энергия Гельмгольца.

(2.1)

2) Р, Т = const

– = dG,

где G – свободная энергия Гиббса.

(2.2)

Свободная энергия – это энергия, за счет которой можно произвести работу.

Таким образом, поверхностное натяжение – это удельная свободная поверхностная энергия, т. е. свободная поверхностная энергия, приходящаяся на единицу межфазной поверхности.

Поверхностное натяжение характеризует различия в интенсивности межмолекулярных взаимодействий граничащих фаз. Чем больше эти различия, тем больше . Для границы «конденсированная фаза (твердая или жидкая) – воздух» можно пренебречь межмолекулярными взаимодействиями в воздухе (F_{газ-газ} 0) и, значит, поверхностное натяжение характеризует интенсивность межмолекулярных сил в конденсированной фазе. В таблице 2.1. приведены значения некоторых веществ на границе с воздухом.

Таблица 2.1

Поверхностное натяжение на границе с воздухом

Жидкость	ж-г*103 Дж/м2 to=20 oC	Твердое тело	тв-г*103 Дж/м2 to=20 oC
Ртуть	485, 0	СаF2
Н2О	72, 75	PbF2
С6Н6	28, 9	PbI2
С2Н5ОН	21, 6	алмаз