Поверхностное натяжение определяет ряд важных характеристик конденсированных тел и процессов: работу когезии и адгезии, смачиваемость и процессы растекания.
Работа когезии (Aк) определяет работу, необходимую для обратимого расщепления тела с образованием двух поверхностей
414
единичной площади на границе тело-пар. Таким образом, Aк = 2σm, где σm - поверхностное натяжение на этой границе.
Как всякое изменение энергии Гиббса, Ак содержит слагаемое, определяемое энергией взаимодействия молекул тела, и слагаемое, характеризующее изменение энтропии при образовании поверхности.
Работа адгезии (Aa) затрачивается на разъединение двух соприкасающихся фаз (1) и (2):
Aa = σ1 + σ2 - σ1-2.
Здесь σ1-2 поверхностное натяжение на границе двух фаз. Таким образом, Аа характеризует интенсивность "слипания" двух фаз и содержит слагаемое, определяемое энергией взаимодействия между молекулами разных тел.
Смачиваемость твердого тела жидким характеризуется так называемым краевым углом 6 (рис. XV.10).
Рис. XV.10. К выводу уравнения Юнга
Из условия равновесия следует, что σт-г = σт-ж + σж-гcosθ. Отсюда следует уравнение Юнга:
(XV.42)
Полное несмачивание отвечает θ = π, cosθ = -1. Если (θт-г - σт-ж)/σж-г ≥ 1, имеет место полное смачивание и жидкость растекается по поверхности твердого тела. Полного несмачивания не бывает. Для системы вода - тефлон θ = 108°, вода-парафин θ = 106°.
Из уравнения (XV.42) следует, что смачиваемости способствует малое значение σж-г, так как при растекании образуется большая поверхность жидкость-газ.
Если пленка жидкости, растекаясь, займет дополнительно площадь, равную 1 см2, то энергия уменьшится на величину (σт-г и увеличится на величину σт-ж + σж-г. Поэтому сила (коэффициент) растекания определяется величиной σт-г - σт-ж - σж-г = σж-г(cosθ - 1) и растет с увеличением смачиваемости (уменьшение θ).
При наличии растворимости следует использовать в выведенных соотношениях поверхностные натяжения насыщенных растворов.
415
