Особые свойства границы раздела фаз

Поверхностная энергия

Поверхность границы раздела фаз обладает особыми свойствами по сравнению с объемами фаз.

В объеме фазы силы взаимного притяжения, действующие на молекулу со стороны соседних молекул, скомпенсированы во всех направлениях, их равнодействующая равна нулю (рис. 1.3, а). Молекула находится в состоянии энергетического равновесия.

На границе раздела фаз, например на поверхности жидкости, молекула испытывает неодинаковое притяжение со стороны каждой из фаз. На границе «жидкость — воздух» притяжение будет сильнее со стороны жидкости, и молекула будет «втягиваться» внутрь жидкости (рис. 1.3, б). В любом случае силы, действующие на молекулу, находящуюся на границе раздела фаз, не уравновешены. Равнодействующая сил притяжения перпендикулярна границе раздела фаз и, как правило, направлена в сторону более полярной фазы.

Таким образом, молекула на границе раздела фаз обладает избытком энергии (положительным или отрицательным) по сравнению с молекулой в объеме; следовательно, вся поверхность раздела фаз обладает избытком энергии по сравнению с объемом фазы. Поэтому поверхностную энергию часто называют избыточной.

Поверхностная энергия — результат нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия в соседних фазах.

Рис. 1.3. Образование избыточной поверхностной энергии:

а — молекула в объеме; 6 — молекула на границе фаз Полную избыточную поверхностную энергию всей дисперсной системы G можно выразить через удельную поверхностную энергию о и площадь границы раздела фаз 5:

размерность: |Дж| = |Дж/м²] • [м²].

?? Об удельной поверхностной энергии, о поверхностном натяжении и об их соотношении см. в подпараграфе 1.2.2.

Из этого уравнения следует, что избыток поверхностной энергии в системе может быть снижен двумя путями — за счет снижения а или за счет уменьшения S.

? ?О путях снижения избыточной поверхностной энергии см. в параграфе 1.3.

Резюме

Поверхностная энергия — результат нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия в соседних фазах гетерогенной системы.