Единицу дли­ны (1 м) линии, ограничивающей поверхность жидкости, и на­правлена в сторону сокращения поверхности. Обозначается по­верхностное натяжение греческой буквой а (сигма).

Поверхностное натяжение и поверхностная энергия

Жидкость всегда стремится принять такую форму, при которой ее по

верхность при данном объе­ме будет наименьшей. Этому ус­ловию отвечает

шар.

Поверхностный слой жидко­сти по физико-химическим свой­ствам отличается от ее внутрен­них слоев. На каждую молекулу внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения со стороны окружающих молекул, поэтому силовое поле каждой молекулы внутри жидкости симметрично насыщено (рис.5.1). Равнодействующая всех сил при­тяжения равна нулю. Иначе об­стоит дело с

Рис. 5.1 молекулами, кото­рые находятся в поверхностном слое жидкости. На них действуют силы притяжения только со стороны молекул, находящихся в ниж­ней полусфере. Силы, действующие вне жидкости, ничтожны и ими можно пренебречь. В результате этого равнодействующие молеку­лярных сил уже не равны нулю и направлены вниз. Поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению.

Наличие у поверхностных молекул жидкости ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. На поверхности жидкости образуется как бы пленка, которая об­ладает поверхностным натяжением.

Для того чтобы увеличить поверхность жидкости, необходимо преодолеть силы ее поверхностного натяжения, т. е. затратить не­которое количество работы. Работа, необходимая для увеличения поверхности жидкости на 1 м², служит мерой поверхностной энер­гии и называется коэффициентом поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение можно рассматривать не только как работу, отнесенную к едини­це поверхности, но и как силу, которая действует на

единицу дли­ны (1 м) линии, ограничивающей поверхность жидкости, и на­правлена в сторону сокращения поверхности. Обозначается по­верхностное натяжение греческой буквой а (сигма).

В зависимости от того или иного определения поверхностное натяжение измеряется или в джоулях на 1 м², или в ньютонах на 1 м. Оба измерения численно совпадают, так как 1Дж/м² = 1 Н·м/м²=1 Н/м.

Для чистых жидкостей поверхностное натяжение зависит от природы жидкости и температуры, а для растворов — от природы растворителя, а также от природы и концентрации растворенного вещества.

Жидкий металл ртуть отличается большой величи­ной поверхностного натяжения. Органические жидкости — спирты, эфиры, ацетон, бензол — имеют малые значения σ. Поверхностное натяжение связано обратной зависимостью с температурой. С по­вышением температуры, как установил Д. И. Менделеев, поверхно­стное натяжение уменьшается и при критической температуре ста­новится равным нулю.

Поверхностное натяжение жидкости находится в обратной за­висимости от давления пара над ней. Чем выше давление пара, тем меньше величина внутреннего давления жидкости, меньше ве­личина поверхностной энергии и, следовательно, меньше поверх­ностное натяжение. Растворенные вещества изменяют поверхност­ное натяжение жидкости. Одни из них значительно понижают поверхностное натяжение и потому носят название поверхностно-активных веществ, другие, наоборот, увеличивают поверхностное натяжение и называются поверхностно-неактивными. По отноше­нию к воде поверхностно-активными веществами являются спирты, белки, мыла. Добавление их к воде облегчает смачивание, поэто­му при приготовлении растворов некоторых ядохимикатов добав­ляют поверхностно-активные вещества (например, мыла) для того, чтобы раствор хорошо смачивал обрабатываемую поверх­ность. Эффективность ядохимиката при этом значительно повы­шается.

Поверхностное натяжение жидкости зависит от природы ее молекул. Например, в гомологическом ряду жирных кислот поверх­ностное натяжение быстро уменьшается с удлинением углеродной цепи — в среднем в 3,2 раза на каждую прибавляемую группу СН₂.

Изучение поверхностного натяжения помогает глубже понять различные технологические процессы: смачивание, крашение, эмульгирование, измельчение твердых тел и др.