И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 3 (1110089), страница 373
Текст из файла (страница 373)
н, впервые ввел Я. Сегнер (1752). В 1-й пол. 19 в. на основе представления о П.н. была развита мат. 1171 теория капиллярных явлений (П. Лаплас, С. Пуассон, К. Гаусс, А. Ю. Давидов), Во 2-й пол. 19 в. Дж. Гиббс развил термодинамич. теорию поверхностных явлений, в х-рой решающую роль играет П.н. В 20 в, разрабатываются методы регулирования П.н. с помощью ПАВ и электро- капиллярных эффектов (И. Леигмюр, П.А. Ребиндер, А.
Н. Фрумкин). Среди совр, актуальных проблем — развитие мол. ~сории П.н. разл. жнлкостей (включая расплавл. Металлы), влияние кривизны пов-сти ыа П.н. Л мл Семенченка В.К, Паеерхнас"тмяе «впаяна в металлах н сплавах, М, 1977; Она С., Каяле С, Малсаул арам теариа памрхнаспмта негатива в . сд сс х, пер.
а аитл.,ем., 1963, РусаиавА.И, Фаэавые раеиаеесня и паеерхнаеысые аления, Л, 1967; Ребиндерп.А., Избранные труды. Па. верхнем ные аления в лиаперсных системах. Кап тавднвя химия, М., 1978; А па м с а п А . Фиан «ыка» хнмяя паяерхиастеа, пер. с англ., м., 1979, Гиббс дн.В., Термадяиамнка. Ствтиатвче ква механика, М., 1982; щукин Е.д, Псрпав А.В., Амедина Е.А., Калланднвя химия, М, 1988. К Д Сумм.
ПОВЕР)(ПОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, физ.-хим, явления, к-рые обусловлены особыми (по сравнению с объемными) св-вами поверхыостных слоев жидкостей и твердых тел. Наиб. общее и важное св-во этих слоев — избыточная своб. энергия Р = ОЗ, где о — поверхностное (межфазное) натяжение, для твердых тел — уд. своб. поверхностная энергия, 5-площадь пов-сти раздела фаз. П.я. протекают ыаиб.
выраженно в гетерог, системах с сильно развитой нов-стью раздела фаз, т.е. в дисперсных системах. Изучение закономерностей П. я. является составной частью коллоидяой химии и чрезвычайно важно для всех ее практич. приложений. Самопроизвольные П.я. происходят вследствие уменьшения яоверхяостяон энергии системы. Они м, б. обусловлены уменьшением обшей пов-сти системы либо уменьшением поверхностного натяжения на границе раздела фаз. К П.яч связанным с уменьшением общей пов-сти, относят: 1) каяиллярмв!г явления, а частности приобретение каплями (в туманах) и газовыми пузырьками (в жидкой среде) сферич. формы, прн к-рой пов-сть капли (пузырька) манимальна. 2) йоплвгиетуыя-слияние капель в эмульсиях (иля газовых пузырьков в пенат) при их иепосредств. контакте. 3) Спекание мелких твердык частиц в паровиках при достаточно высоких т-рах.
4) Собирателъная рекристаллизация-укрупнение зерен полихристаллич, материала при повышении т-ры. 5) Изотермич. перегонка — увелнченяе объема крупных капель за счет уменьшения мелких. При этом вследствие повыш, давления паров жидкости с более высокой кривизной пов-сти происходит испарение мелких капель и последующая их конденсация на более крупных каплях.
Для жидкости, находящейся на твердой подложке, существ. роль в переносе в-ва от мелких капель к крупным играет поверхностная диффузия. Изотермич. перегоыка твердых частиц может происходить через жидкую фазу вследствие повыш. р-римости более мелких частиц. Прн определенных условиях в системе могут происходить самопРоизвольные П.ач сопдовождаюцуиесд Увеличением обшей пов-сти раздела фаз. Так, самопроизвольное диспсргирование и образование устойчивых лиофильных коллоидиых систем (напра критич.
эмульсий) происходит в условиях, когда увеличение поверхностной энергии, вызываемое нзмельченнем частиц, компенсируется нх вовлечением в тепловое движение и соответствующим возрастанием энтропии (см. Микроэмульсин). При гомог. образовании зародышей новой фазы при коцденсации паров, кипении, кристаллизации из р-ров и расплавов увеличение энергии системы вследствие образования новой пов-сти компенсируется уменьшеыием хнм.
потенциала в-ва при фазовом переходе. Критич. размеры зародышей,при превьппении к-рых выделение новой фазы Идет самопроизвольно, зависят от поверхностного натяжения, а также от величины перегрева (переохлаждения, пересышения). Связь между этими параметрами определяется ур-пнем Гиббса (см.
Звроясдвянв япввй фазы). Самопроизволъные П.яч в к-рых изменяется поверхностное натяжение: !) образование огранки (равновесной формы) кристаллов. Равновесной форме соответствует минимум поверхыостной энергии (принцип Гиббса-Кюри †Вуль- 1172 фа). Поэтому грани с меньшей уд. своб. поверхностной энергией имеют большую плошадь пов-стн, чем гранп с высокой уд. своб, поверхностной энергией. 2) Кааеуляция-слипание мелких твердых частил в волях, суспензнях в крупные агрегаты с послед. Разрушенном системы и образованием коагуляц.
осадков разл. структуры. Слипание происходит вследствие снижения межфазного натяжения в месте контакта частиц. Самопроизвольный обратный процесс-пептизация, т.е. распад коагуляц. агрегатов -происходит в том случае, если образование участков пов-сти с повыш, значением поверхностного натяжения компенсируется вовлечением образующихся частиц в тепловое движение и соответствующим увеличением энтропии системы. 3) Адгвзия-прилипание жидкости к твердому телу вследствие понижения уд. своб. поверхностной энергии.
Адгезия определяет величину краевого угла смачивания, образуемого касательной к пов-сти жидкости в контакте с твсрдыл~ телом. 4) Гетерог. образование зародышей новой фазы— конденсации паров на твердой пов-сти, образование на стенках паровых пузырьков при кипении, рост кристаллов на затравках. В этих П. я. существ, роль играют микронеоднородности твердой пов-сти. Так, капиллярная конденсация легче идет в микроуглублсниях, чем на плоских участках. 5) Растекание жидкости с меньшим поверхностным натяжением по пов-сти др.:кидкости (напр., нефти по воде).
6) Адсорбция †концентрирован в поверхностном слое или на пов-сти жидкостей и твердых тел в-в, понижающих их поверхностное иатюкение (уд. сноб. поверхностную энергию) (см. Паверхисснчиа-аклчивиыв веивесгава). 8) Электро- поверхностные явления, обусловленные двойным электрич. слоем ионов и мвэс(йазиыми скачками логивициала на пов-сти раздела фаз. К ним относятся элсктрокапиллярные явления, связанные с влиянием заряда пое-стн иа величину поверхностного натяжения; элсктрокинетнч. явления-элсктрофорез, электроосмос, возникновение потенциала течения при протекании жидкости через пористую диафрагму и потенциала оседания при перемещении частиц в жидкости.
П.н. прн деформировавии н разрушенни происходят не самопроизвольно, поскольку требуют затраты работы на образование и развитие новых пов-отей. Закономерности этих П.я. изучает Лбиэихо-химическая механика. Одно из основных П.я. при деформации и разрушении-эффект Ребнндера (адсорбц. понижение прочности). Оно заключается в изменении прочности и пластичности твердых тел вследствие снижения поверхностной энергии во время деформации и развитиа трещины.
Эффект Ребиндера происходит при нагружении материалов в присут. определенных ПАВ или в контакте с жидкостями родственной мол. природы. Др. важное П. я; значит. повышение прочности кристаллов в результате растворения поверхностных слоев или в процессе деформирования (эффект Иоффе); его связывают с устранением структурных дефектов, к-рых особенно много в поверхностных слоях кристаллич.
в-ва. Затрата работы приводит также к мсханохим, эффектам, обусловленным хратковременной активацией атомов (молекул) поверхностного слоя в момент разрушения. Мсханохим, активация используется для инициирования и ускорения ряда хим. р-ций (см. Мехаиахимия), Использование П. я. ншроко и многообразно во мн. отраслях произ-ва.
Напр., смачиванис играет определяющую роль в вытеснении нефти из пластов, при флотац. обогащении полезных ископаемых, нанесении красок и покрытий, очистке газов от пыли, пропитке строит. и текстильных материалов. Как гомогенное, так и гетерог. образование зародышей новой фазы существенно сказывается на эффективности теплообменных процессов. Эффект Рсбиндсра используют при бурении горных пород, мех. обработке высокопрочных материалов, измельчении, обусловливая значит. сокращение энергозатрат. Модифицирование пов-сти адсорбн.
слоями позволяет гидрофобизировать разл. материалы (произ-во водоотталкивающих тканей, предотвращение слежнвания гидрофильных порошков). Смачивание„ццгезня, адсорбцпя изменяют биосовместимость кро- 1173 ПОВЕРХНОСТЬ 591 ви с полимерными материалами, примсняемымн для протезирования кровеносных сосудов. Спекание твсрлых част>щ в порошковое металлургии, микрокапсулирование и мн.
лр. важныс направления техники н технологии основаны на разнообразных П. я. в дисперсных и коллоидных системах. П. я. играют важную роль в прир. атм. процессах; напр., возникновение значит. потенциалов оседания прн перемсще. нии капель тумана и дождя приводит к грозовым разрядам. Разрушение горных пород, контактирующих с окснлными и силикатными расплавами, обусловлено эффектом Рсбиндера; адсорбцня белков и липидов — важнейшая стадия в функционировании клеточных мембран; растекание орг.
жидкостей по пов-сти воды — одна из осн. причин загрязне. ния естеств. водоемов. Исторический очерк. Исследования П.я. начались в 18 в. Первым экспериментально установленным фактом стал закон капиллярного подъема жидкости, смачнваюшей стенки капилляра Яж. Жюрен, 1718). Сфернч. форма капель несмачивающих жидкостей на твердой пов-с гн и цнлнндрич. струй объяснена с помощью понятия о поверхностном натяжении жидкости в 1752 (Я. Ссгнер).
В 1785 Т.Е. Ловицем обнаружена адсорбция растворенных в воде в-в на угле. В 19 в. установлены осн. количеств. закопомсрносги П. яс закон капиллярного давления (П. Лашчас, !806), постоянство краевого угла смачнвания (Т. Юнг, !804), зависимость давления насыщ. пара жидкости от кривизны пов-сти (У. Томсон, 1870); первые термодинампч.
соотношснияур-ние изотсрмы адсорбции Гиббса (!8781, зависимость поверхностного натяжения от элсктрич. потенциала (Г. Липмаи, 1875), сформулирован принцип мвнимума площади пов-сти жидкости (Ж. Плато, 1843). Среди важнейших П. я.-наличие капиллярных волн на пов-стн жидкости (У. Рэлей, 1890), двухмерное состояние и независимость действия адсорбц. слоев на пов-сти раздела фаз (И. Ленгмюр, !917), адсорбц. понижение прочности (П. А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
