24 октября, 2012 
admin Обнаруживаемые изменения структуры воды в граничных слоях не только сказываются на ее физических свойствах, но и вызывают изменение расклинивающего давления в тонкой прослойке [42, 43]. Этот эффект возникает при перекрытии граничных слоев с измененной структурой в достаточно тонких прослойках. Структурные изменения прослойки, происходящие при перекрытии, ведут к изменению ее свободной энергии Fs, которая становится функцией толщины прослойки h. Термодинамическим следствием этого является появление структурной составляющей расклинивающего давления IL = — (dFs/ !dh)T, величина и знак которой зависят от характера происходящей при перекрытии структурной перестройки. Так как AFS = AHS—TASs (где AHs — изменение энергии межмолекулярных связей, a ASs — изменение энтропии в прослойке при изменениях взаимной ориентации молекул, характеризуемой параметром порядка), знак производной dFs/dh зависит от изменений энтропии и энтальпии прослойки воды при изменении ее толщины.
В прослойках воды между гидрофильными поверхностями структурные силы вызывают отталкивание поверхностей, здесь ГЬ>0. Гидрофобные поверхности испытывают в воде силы структурного притяжения (Ш>0). Из экспериментов и теоретического рассмотрения следует, что структурные силы экспоненциально зависят от толщины прослойки:
П5(/г)=/Сехр (—h/l). (1.1)
Здесь I характеризует длину корреляции ориентационной упорядоченности молекул воды в граничном слое, а константа К пропорциональна степени упорядоченности молекул у поверхностей прослойки. Для воды вблизи силикатных поверхностей /«1 нм и К«Ю2-ь103 Н/см2. Для гидрофобных поверхностей I сохраняет порядок величины, но К меняет знак.
Как следует из численных экспериментов, вблизи гидрофобных поверхностей плотность воды понижена и давление на стенки Р меньше давления Р0 в объемной жидкой фазе. В результате расклинивающее давление IL = P—Р0 отрицательно, что ведет к притяжению гидрофобных поверхностей в воде. Это является следствием того, что контакт воды с несмачивае — мой ею поверхностью термодинамически не выгоден: вода самопроизвольно под действием сил структурного притяжения выдавливается из гидрофобной прослойки. Этот «гидрофобный» эффект уже давно был известен применительно к макромолекулам в водных растворах. Его проявление в макроскопическом масштабе получило название гидрофобного взаимодействия [44]; это частный случай более общего понятия структурных сил [42].
Вблизи гидрофильных поверхностей плотность воды повышена и давление на стенке выше Ра- Структурная составляющая расклинивающего давления здесь положительна (П8>0). Резкое возрастание структурных сил отталкивания при утончении водных прослоек препятствует слипанию частиц гидрофильных коллоидов и обеспечивает устойчивость тонких пленок воды на гидрофильных поверхностях. В тех случаях, когда состояние поверхности является промежуточным между гидрофильным и гидрофобным, структура воды в граничных слоях изменена незначительно и структурное взаимодействие практически не проявляется. В этом случае взаимодействие между поверхностями, разделяющими водную прослойку, определяется, в соответствии с теорией Дерягина — Ландау — Фервея — Овербека (ДЛФО), молекулярной и электростатической составляющими расклинивающего давления [42, 43].
Опубликовано в рубрике 