Поверхневе натягнення
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Поверхневе натягнення

Поверхневе натягнення, найважливіша термодинамічна характеристика поверхні розділу фаз (тіл), визначувана як робота оборотного ізотермічного утворення одиниці площі цієї поверхні. В разі рідкої поверхні розділу П. н. правомірно також розглядати як силу, що діє на одиницю довжини контура поверхні і прагнучу скоротити поверхню до мінімуму при заданих об'ємах фаз. Стосовно легкоподвіжним поверхонь обидва визначення рівнозначні, але перше переважно, т.к. імєєт ясніший фізичний сенс. П. н. на кордоні двох фаз, що конденсують, зазвичай називається міжфазним натягненням. Робота утворення нової поверхні витрачається на подолання сил міжмолекулярного зчеплення ( когезії ) під час переходу молекул речовини з об'єму тіла в поверхневий шар . Рівнодійна міжмолекулярних сил в поверхневому шарі не дорівнює нулю (як в об'ємі тіла) і направлена всередину фази з більшою когезією. Таким чином, П. н. — міра некомпенсированності міжмолекулярних сил в поверхневому (міжфазному) шарі або, що те ж, надлишку вільній енергії в поверхневому шарі в порівнянні з вільною енергією в об'ємах дотичних фаз. Відповідно до визначеннями П. н. його виражають в дж/м 2 або н/м ( ерг/см 2 або дінів/см ) .

загрузка...

  Завдяки П. н. рідина за відсутності зовнішніх силових дій набуває форми кулі, що відповідає мінімальній величині поверхні і, отже, найменшому значенню вільною поверхневій енергії . П. н. не залежить від величини і форми поверхні, якщо об'єми фаз досить великі в порівнянні з розмірами молекул; при підвищенні температури, а також під дією поверхнево-активних речовин воно зменшується. Розплави металів мають найбільше серед рідин П. н., наприклад в платини при 2000 °С воно рівне 1820 дінів/см, в ртуті при 20 °С — 484. П. н. розплавлені солей значно менше — від декількох десятків до 200—300. П. н. води при 20 °С — 72,8, а більшості органічних розчинників — в межах 20—60. Найнижче при кімнатній температурі П. н. — нижче 10 — мають деякі фторуглеродниє рідини.

  В загальному випадку багатокомпонентних систем відповідно до термодинамічного рівняння Гіббса при адсорбції зміна П. н.

d s = Г 1 d m 1 + Г 2 d m 2 +...,

де Г 1 , Г 2 ... — поверхневі надлишки компонентів 1, 2..., тобто різниця їх концентрацій в поверхневому шарі і об'ємі розчину (або газу), а d m 1 , d m 2 ... — зміни хімічних потенціалів відповідних компонентів (знак «мінус» показує, що П. н. при позитивній адсорбції зменшується). Різницею у П. н. чистій рідині і рідині, покритій адсорбційним моношаром, визначається поверхневий тиск .

  На легкоподвіжних кордонах рідина — газ (пара) або рідина — рідина П. н. можна безпосередньо виміряти багатьма методами. Так, широко поширені способи визначення П. н. по масі краплі, що відривається від кінця вертикальної трубки (сталагмометра); по величині максимального тиску, необхідного для продавлювання в рідину бульбашки газу; за формою краплі (або бульбашки), лежачої на плоскій поверхні, і т.д. Експериментальне визначення П. н. твердих тіл утруднено через те, що їх молекули (або атоми) позбавлені можливості вільного переміщення. Виняток становить пластичний перебіг металів при температурах, близьких до точки плавлення. Зважаючи на анізотропії кристалів П. н. на різних гранях кристала різно. Поняття П. н. і вільній поверхневій енергії для твердих тіл не тотожні. Дефекти кристалічної решітки, головним чином дислокації, ребра і вершини кристалів, кордони зерен полікристалічних тіл, що виходять на поверхню, вносять свій вклад до вільної поверхневої енергії. П. н. твердих тіл зазвичай визначають побічно, виходячи з міжмолекулярних і міжатомних взаємодій. Величиною і змінами П. н. обумовлений багато хто поверхневі явища, особливо в дисперсних системах (див. також Капілярні явища ) ,

  Л. А. Шиц.

 

  В живих організмах П. н. клітки — один з чинників, що визначають форму цілої клітки і її частин. Для кліток, що володіють жорсткою або напівжорсткою поверхнею (багато мікроорганізмів, інфузорії, клітки рослин і т.д.), значення П. н. невелико. В кліток, позбавлених міцної надмембранной структури (більшість кліток тварин, деякі прості, сферопласти бактерій), П. н. в основному визначає конфігурацію (клітки, що знаходяться в зваженому в рідині стані, набувають форму, близьку до сферичної). Форма клітки, прикріпленої до якого-небудь субстрата або до ін. кліткам, залежить переважно від ін. чинників — цитоскелета, що утворюється мікротрубочками, контактних структур і т.д. Вважають, що локальні зміни П. н. істотні в таких явищах, як фагоцитоз, піноцитоз, гаструляция . Визначення П. н. клітки — складне експериментальне завдання; зазвичай П. н. клітки не перевищує декілька дінів/см (10 -3 н/м ) .

  Л. Р. Маленков.

 

  Літ.: Адам Н. До., Фізика і хімія поверхонь, пер.(переведення) з англ.(англійський), М-кодом.—Л., 1947; Surface and colloid science, ed. E. Matijevié, v. 1, N. Y. — [а. о.], 1969. див.(дивися) також літ.(літературний) при ст. Поверхневі явища .