* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки
727 КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 728 натяжение а, определяемое к а к работа обра зования единицы (1 см ) новой поверхнос ти раздела, и краевой угол #—угол, обра зуемый жидкой поверхностью с пересека ющей ее твердой стенкой. Краевой угол дает возможность измерять с м а ч и в а е м о с т ь твердой стенки; за меру ее удобно принять величину В = cos &. Поверхностное натяже ние а является той избыточной свободной энергией, к-ррй слой жидкости вблизи по верхности раздела обладает по сравнению с ее внутренними частями. Поэтому поверхность жидкости S самопроизвольно уменьшается (это связано с уменьшением свободной энер гии у> = а • S всей поверхности жидкости) и принимает под действием одних только ме ждумолекулярных сил форму шара, отве чающую при данном объеме наименьшей поверхности жидкости; другой возможный самопроизвольный процесс, связанный с по-^ нижением свободной поверхностной энер-& гии жидкости, состоит в скоплении у поверх ности раздела таких веществ из окружающей среды (например, растворенных ранее в са мой жидкости), которые своим присутствием в поверхностном слое понижают а. Гиббс термодинамически показал, что скопление, т. е. адсорбция (см.), таких «поверхностноактивных» веществ у любой поверхности раз дела необходимо связацо с понижением сво бодной поверхностной энергии этой поверх ности, что количественно выражается ур-ием 2 поверхностного слоя, т. е. того слоя у по верхности яшдкости, молекулы к-рого, втя гиваясь внутрь лежащей под ними жид костью, обусловливают внутреннее давле ние. Поверхностное натяжение а и есть ра бота извлечения из внутренних частей жид~ кости в поверхностный слой п числа молекул, необходимого для образования нового 1 см , поверхности (см. Жидкости). Эксперимен тальные данные последнего времени показы вают с очевидностью, что толщина поверх ностного слоя, а следовательно и радиус сфе ры действия, совпадает с диам. молекулы (обычно порядка 5X Ю см); отсюда следует, что поверхностные слои обычно мономолекулярны и что только ближайшие соседи дан ной молекулы обнаруживают с ней заметное взаимодействие. Первый основной закон тео рии капиллярности (1-й закон Лапласа) со стоит в том, что в общем случае искривлен ной поверхности жидкости полное внутрен нее давление р отличается от молекулярно го давления на плоской поверхности К на величину П = а + -1) . 2 -8 вида: Г = — -?f-%, где Г — адсорбция в г-мол/ам , с — концентрация в растворе, а а да —^ дс поверхностная ^ активность, & мера способности вещества понижать поверх ностное натяжение. Поверхностное ние убывает с t° для чистых жидкостей почти линейно, обращаясь в 0 в критич. точке сме шения обеих фаз, образующих поверхность раздела. Поверхностное натяжение адсорб ционных слоев (в случае растворов поверхностноактивных веществ) убывает с t° не линейно, а по резко изогнутым кривым, ино гда же может и возрастать с Г в нек-ром ин тервале (Ребиндер), т. к. адсорбция, снижа ющая поверхностное натяжение, сама всегда убывает с t°. Этим объясняется и неизменяе мость с t° полной поверхностной энергии Е = о — Т-^г чистых жидкостей и резкое из менение этой величины Е д л я растворов с адсорбционными слоями. Капиллярные свойства (<т) зависят от электризации поверхности, в особенности, когда это связано с изменением концентра ции ионов вблизи поверхности, изменя ющих а по ур-ию Гиббса. Такие явления, на блюдаемые обычно на ртутном мениске в ра створах электролитов, называются электро капиллярными явлениями и изучались Липманом, Гуи, Фрумкиным и д р . Теория капиллярности исходит из пред ставления о силах, действующих между мо лекулами лишь на чрезвычайно малых рас стояниях г; с увеличением г эти силы быстро убывают, практически обращаясь в 0 при расстояниях г ^ 6, где 6—т. н. радиус сферы молекулярных взаимодействий. Легко по казать, что д есть одновременно и толщина - К + П-К + о(±+.±). (1) Здесь JJj, JJ —радиусы главной кривизны в данном месте поверхности, считающиеся по ложительными,когда они направлены внутрь жидкой массы. Итак, поверхностное натяже ние эквивалентно некоторому добавочному внутреннему давлению а ^ + ^ j = Я , на зываемому к а п и л л я р н ы м д а в л е н и е м . Из (1) получаем ур-ие свободной поверх ности жидкости, не подверженной действию внешних сил: 4- + 4г = Const. Эта поверх¬ ность будет поверхностью постоянной сред ней кривизны (минимальной поверхностью). Поверхность шара как раз и является такой замкнутой поверхностью. В случае шара П = ~ . Уравнение (1) позволяет объяснить большое число разнообразных явлений. Так, внутри малого сферич. пузырька, на ходящегося в равновесии внутри жидкости, давление д. б. на Н = % больше, чем давле¬ ние атмосферы над "плоской поверхностью жидкости на том ж е уровне. При весьма ма лых пузырьках с радиусом R^l fi это избы точное давление делается весьма значитель ным (см. таблицу). р 2 Избыточное капиллярное давление внутри пузырька, образовавшегося в в о д е (при t°=20°, а =72,8 эрг/с.м ). а R j Я в дин/ом" 146 1 460 14 600 1 460 000 14 600 000 П в atm 1#» 0,1А* • ~ 1,10-* ~ 1,10-" ~ 1,10-» - 1,5 ~15 На этом явлении основана капиллярная теория перегревания жидкостей Дюгема (и вообще капиллярная теория задержек при появлении новой фазы и метастабйльных состояний). По той ж е причине давление на сыщенного пара над^ поверхностью малых капель больше, чем над плоской поверх-