Лако-красочные материалы — производство

Учение о поверхностном натяжении и методы его определения подробно рассматриваются в курсе физики. Здесь только напомним некоторые сведения о поверхностном натяжении жидкостей и твердых тел.

Поверхностное натяжение является следствием существования внутреннего давления — силы, втягивающей молекулы внутрь жидкости и направленной пер­пендикулярно поверхности. Внутреннее давление тем выше, чем полярней веще­ство, так как причиной его является действие молекулярных сил. Например, внутреннее давление воды составляет 14 800 атм, а бензола — только 3800 атм. Огромные значения внутреннего давления объясняют, почему жидкости мало — сжимаемы под действием внешних давлений, обычно применяемых на практике^ Внутреннее давление втягивает молекулы, расположенные на поверхности жидкости, внутрь н тем самым стремится уменьшить поверхность до минималь­ной при данных условиях. Сила, действующаи на единицу длины границы раз­дела и обусловливающая сокращение поверхности жидкости, называется силой поверхностного натяжения, или, просто, поверхностным натяжением. Единицы измерения этой величины дин/см. Эта сила всегда направлена тангенциально к Поверхности жидкости

Заметим, что для увеличения поверхности жидкости необходимо затратить работу, связанную с преодолением сил, обусловливающих внутреннее давление. Работа при обратимом и изотермическом процессе, необходимая для создания единицы поверхности, равна удельной свободной энергии поверхности. Очевидно,
единицы измерения этой величины эрг/см2. Помня, что эрг = дип-см, можно полу­чить для удельной свободной поверхностной энергии, или работы ооздания 1 см2 поверхности, те же единицы измерения, что и для поверхностного натяжения, т. е. дин/см. Удельная свободная поверхностная энергия численно равна поверх­ностному натяжению; обе эти величины обозначают символом ст. Следует иметь 9 виду, что свободная поверхностная энергия равна поверхностному натяжению только в случае однокомпонентной жидкости.

Под влиянием поверхностного натяжения жидкость при отсутствии внешних дил всегда стремится принять форму шара, так как поверхность шара — это наименьшая поверхность, ограничивающая объем, и, следовательно, поверхност­ная энергия системы при этом будет минимальной.

В табл. V, 1 приведены значения ст некоторых веществ в жидком состоянии

На границе с воздухом или паром этой же жидкости.

^

Таблица V, I. Поверхностное натяжение некоторых веществ в жидком состоянии на границе с воздухом или паром (по И. И. Жукову)

Ртуть

Вода

Глицерин

Этиленгликоль

Аннлин

Бензол

Хлороформ

Этиловый спирт

Гексан Золото Олово

Хлорид натрия Кислород Водород Гелий

Поверхностное натяжение пропорционально внутреннему давлению, и, следо­вательно, чем сильнее межмолекулярные взаимодействия, тем выше поверхност­ное натяжение

Значение поверхностного натяжения при образовании поверхности для ин­дивидуальной жидкости устанавливается практически мгновенно, примерно в течение 0,001 с.

Как известно, при повышении температуры поверхностное натяжение жидко­стей понижается приближенно по прямолинейному закону. Это значит, что тем­пературный коэффициент —Da/DT имеет почти постоянное отрицательное значение вплоть до температур, близких к критической. При критической температуре исчезает различие между граничащими фазами и поверхностное натяжение становится равным нулю. Это относится не только к системе жидкость — пар, но и к системе жидкость — жидкость, когда поверхностное натяжение исчезает при критической температуре растворимости

Для определения поверхностного натяжения на границе жидкость — газ или жидкость — пар применяют методы капиллярного поднятия, взвешивания или счета капель, наибольшего давлення пузырьков, отрыва кольца и ряд других описанных в курсах физики и в практикумах по коллоидной химии.

Выше мы рассматривали поверхностное натяжение на границе жидкость — Газ или жидкость — пар Для этих систем вследствие большей разряженности Газа или пара взаимодействием между молекулами жидкости и газа или пара можно пренебречь. Этого, конечно, нельзя сделать в случае поверхностного на­тяжения на границе жидкость — жидкость. Наличие над слоем первой жидкости слоя другой, несмешивающейся с нею жидкости приводит к понижению меж — фазного поверхностного натяжения, поскольку молекулы второй жидкости при­тягивают к себе молекулы первой и таким образом уменьшают действие не­компенсированных сил на поверхности первой жидкости. Понижение межфазного

Поверхностного иатяжеиия, очевидно, тем значительнее, чем меньше различив в полярностях обеих жидкостей. Жидкости, близкие по полярности смеши­ваются друг с другом во всех отношениях, и поэтому поверхностное натяжение между ними должно равняться нулю. Если жидкости ограниченно растворимы друг в друге, то как Показал Г. Н. Антонов еще в 1907 г., поверхностное натя­жение на границе жидкость — жидкость приближенно равно разности между" поверхностными иатяжеииями взаимно насыщенных жидкостей иа границе их’ с воздухом (правило Антонова), В табл. V,2 приведены даииые, пока­зывающие, насколько правило Антонова отвечает действительности, если одной из жидкостей является вода.

Таблица V,2. Поверхностное иатяжеиие иа границе взаимно насыщенных жидкостей (жидкость—вода) и На границе этих жидкостей с воздухом (по И. И. Жукову)

Поверхиостиое иатяжеиие иа границе жидкость — жидкость можно опреде — лять методами, во многом аналогичными методам, применяемая для иахожде* иия поверхностного иатяжеиия на границе жидкость — газ.

Говоря о поверхностном иатяЖеиии твердых тел, следует прежде всего от* метить, что для его определения существуют лишь косвенные методы. В табл. V, 3

Таблица V,3. Поверхиостиое иатяжеиие некоторых кристаллов (по И. И. Жукову)

Приведены значения поверхностного иатяжеиия некоторых кристаллов, найден­ные с помощью метода растворимости, Этот метод осиоваи иа законе В. ТоиН

Соиа (Кельвина), связывающем растворимость вещества с размером его малых частиц и поверхностным иатяжеиием.

Следует заметить, что когда говорят о поверхностном натяжении кристал­лов вообще, допускают известное усреднение, потому что в зависимости от плотности заполнения граней кристалла атомами или ионами и, следовательно, в зависимости от интенсивности действия молекулярных сил разным граням кристалла обычно соответствует различное поверхностное натяжение.