Коллоидная химия. Шпаргалка. 18. Поверхность раздела между двумя конденсированными фазами. Правило Антонова. Межфазное натяжение (С. В. Егоров, 2009)

18. Поверхность раздела между двумя конденсированными фазами. Правило Антонова. Межфазное натяжение

Величина поверхностного натяжения является постоянной величиной при постоянной температуре, она характеризует полярность жидкости, или интенсивность поля молекулярных сил.

Эта характеристика молекулярного сцепления связана с такими параметрами, как дипольный момент, поляризуемость, диэлектрическая проницаемость. Полярность растет с увеличением значений дипольного момента и диэлектрической проницаемости.

Существуют и другие компоненты молекулярных сил, проявляющиеся, например, у молекул с двойными связями.

Для границы двух несмешивающихся жидкостей всегда необходимо учитывать межмолекулярное сцепление соседней фазы.

Действие межмолекулярных сцеплений, как правило, представляется аддитивным, поэтому значение поверхностного натяжения для границы двух жидкостей определяется разностью их интенсивностей.

Само поверхностное натяжение называют в данном случае пограничным (или межфазным) поверхностным натяжением. Существование аддитивности действия молекулярных сил выражается правилом Антонова, которое гласит, что пограничное натяжение σ_жж равно разности поверхностных натяжений этих жидкостей (на границах с воздухом) в условиях взаимного насыщения. Математически данное правило можно записать следующим образом:

σ_жж = σ_жг¹ – σ_жг²,

где s_жж – межфазное поверхностное натяжение на границе «жидкость – жидкость»;

σ_жг¹, σ_жг² – значения поверхностных натяжений этих жидкостей на границе с воздухом.

Поясним правило Антонова на примере смеси двух жидкостей – воды и бензола.

Пусть слагаемое σ_жг¹ относится к насыщенному раствору бензола в воде, а слагаемое σ_жг² – к насыщенному раствору воды в бензоле.

С уменьшением разностей полярностей увеличивается взаимная растворимость жидкостей, различие между свойствами сосуществующих постепенно исчезает, а значения σ_жг¹ и σ_жг² становятся более близкими.

Следовательно, значение межфазного поверхностного натяжения σ_жж уменьшается. В том случае, когда происходит полное взаимное растворение, значение межфазного поверхностного натяжения становится равным нулю.

Если представить, что данную смесь возможно разделить на два искомых вещества, то для этого необходимо совершить работу, направленную на разрыв межфазной поверхности и образование двух новых межфазных поверхностей.

Эта работа называется работой адгезии. Математически ее можно записать следующим образом:

W = σ_жг¹ + σ_жг² – σ_жж.

На границе твердого тела с жидкостью или газом также существует избыточное поверхностное натяжение.

Однако его сложно характеризовать как межфазное, поскольку процессы образования новой поверхности необратимы.

Значения избыточного поверхностного натяжения на границах «твердое тело – жидкость» или «твердое тело – газ» намного превышают аналогичные величины на межфазных поверхностях «жидкость – жидкость» или «жидкость – газ», поскольку интенсивность силового поля в твердых телах больше, чем в жидких состояниях вещества.