Введение. Поверхностное натяжение – это характеристика поверхности раздела двух фаз, находящихся в равновесии

Поверхностное натяжение – это характеристика поверхности раздела двух фаз, находящихся в равновесии. Поверхностное натяжение имеет место на границах твердое тело-жидкость, жидкость-газ, жидкость-жидкость, твердое тело-газ. Рассмотрим механизм возникновения поверхностного натяжения. Молекула внутри вещества (1) окружена такими же молекулами со всех сторон, а молекула, находящаяся на поверхности (2), окружена «своими» молекулами только с одной стороны, а с другой находятся молекулы другой фазы (рис.1). При таком условии молекулярные силы, действующие на молекулу (2), оказываются неуравновешенными, их равнодействующая R направлена вглубь жидкости перпендикулярно к её поверхности.

Рис.1. Механизм возникновения поверхностного натяжения

Таким образом, молекулы на поверхности обладают дополнительной

потенциальной энергией по сравнению с молекулами в объеме, т.е. поверхностной энергией. Величина этой энергии пропорциональна площади поверхности. Чтобы создать поверхность раздела фаз площади S, необходимо совершить работу, равную

(1)

где - коэффициент пропорциональности или коэффициент поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение измеряется в . В старой системе , .

Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения численно равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности при постоянной температуре и давлении на единицу. Коэффициент поверхностного натяжения

зависит от вида контактирующих фаз, концентрации, температуры и т.д.

С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и становится нулем при увеличении температуры до критической (Критическая температура - эта та температура, начиная с которой ни при каком давлении нельзя превратить газ в жидкость. Для воды это 374С^о).
Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша.

Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от концентрации раствора определяется по эмпирическому уравнению Б.А.Шишковского:

(2)

где: - поверхностное натяжение растворителя (воды);

- поверхностное натяжение растворенного вещества (ПАВ);

С – концентрация раствора, моль/л;

В – константа;

К – удельная капиллярная постоянная.

Поверхностное натяжение является причиной капиллярных явлений, явлений смачивания и не смачивания, оно является важным фактором многих технологических процессов. Например, для извлечения минералов из руды используют флотацию (продувание воздуха через суспензию руды).