Лако-красочные материалы — производство

Равновесие в гетерогенных системах возможно только при ус­ловии положительной энергии Гиббса образования поверхности. Так как атомы или молекулы жидкости или твердого тела, на­ходящиеся на поверхности, обладают большей энергией, чем внутри конденсированных фаз, поверхностную энергию, как уже отмечалось, рассматривают как избыток энергии, приходящийся на единицу поверхности. Атомы и молекулы поверхностного

Рис. П.4. Зависимость энергетических па­раметров Us, Ss, Qs и о от температуры

Слоя как бы находятся па полпути перехода в пар. Они появляются на поверхности в результате раз­рыва определенных связей, благо­даря чему и обладают большей по­тенциальной энергией. Увеличение поверхности приводит к возраста­нию числа поверхностных молекул или атомов в системе. Таким обра­зом, увеличение поверхности сопро­вождается затратой работы на разрыв межмолекулярпых свя­зей. Отсюда следует, что обратный процесс, т. е. уменьшение поверхности, должен проходить самопроизвольно, поскольку со­провождается уменьшением энергии Гиббса поверхностного слоя.

Так как поверхностная энергия равна произведению поверх­ностного натяжения на площадь поверхности, то она может уменьшаться как за счет сокращения поверхности, так и за счет снижения поверхностного натяжения. Поверхность может само­произвольно уменьшаться при изменении формы тела, что ха­рактерно для жидкостей.

В этом отношении нагляден опыт Плато, демонстрирующий стремление жидкости в условиях невесомости принимать сферическую форму — наи­меньшую поверхность при данном объеме. Часто опыт Плато проводят, используя анилин, который по каплям вносят в теплую воду. Приблизитель­но одинаковая плотность этих жидкостей обеспечивает каплям анилина условие «невесомости». В этих условиях они испытывают только действие поверхностной энергии и поэтому принимают правильную сферическую фор­му. Точно так же будут вести себя жидкости в космосе. Сферическая форма планет — результат действия поверхностной энергии, обусловленной взаимным прптяжением частиц, составляющих эти планеты.

Мелко раздробленные твердые и жидкие тела, обладающие большим избытком поверхностной энергии, стремясь уменьшить ее, самопроизвольно агрегируют или коалесцируют (сливаются).

Стремление поверхности уменьшить свою энергию обуслов­ливает и стремление их к снижению поверхностного натяжения. У твердых тел, как правило, поверхностное натяжение снижа­ется вследствие адсорбции других веществ. Адсорбционной спо­собностью обладают и жидкости, на поверхности которых про­исходит, кроме того, определенное ориентирование молекул. Это особенно характерно для веществ, имеющих несимметричные молекулы. Находясь на поверхности, они ориентируются таким образом, чтобы в сторону, например, газовой фазы была обра­
щена та часть молекулы, которая обеспечивает меньшее поверх­ностное натяжение.

Обращает на себя внимание тот факт (см. табл. II.4), что поверхностная энергия жидкостей, молекулы которых состоят из углеводородных радикалов и различных функциональных групп, имеет близкие значения (порядка ж 50 мДж/м2). Это объясняется тем, что их поверхности имеют одинаковую приро­ду, определяемую углеводородным радикалом. Для обеспечения — минимальной поверхностной энергии молекулы на поверхности ориентируются таким образом, что радикалы находятся на по­верхности, а функциональные группы — внутри жидкой фазы. Ориентирование поверхностных молекул, безусловно, снижает энтропийную составляющую внутренней энергии поверхностного слоя, так как достигается определенная упорядоченность моле­кул на поверхности. Таким образом, структура поверхностного — слоя формируется в результате самопроизвольного уменьшения поверхностной энергии.