«Поверхностное натяжение»

важнейшая термодинамическая характеристика поверхности раздела фаз (тел), определяемая как работа обратимого изотермического образования единицы площади этой поверхности. В случае жидкой поверхности раздела П. н. правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз. Применительно к легкоподвижным поверхностям оба определения равнозначны, но первое предпочтительнее, т.к. имеет более ясный физический смысл. П. н. на границе двух конденсированных фаз обычно называется межфазным натяжением. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии (См. Когезия)) при переходе молекул вещества из объёма тела в Поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю (как в объёме тела) и направлена внутрь фазы с большей когезией. Таким образом, П. н. — мера некомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном (межфазном) слое или, что то же, избытка свободной энергии (См. Свободная энергия) в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах соприкасающихся фаз. В соответствии с определениями П. н. его выражают в дж/м² или н/м(эрг/см² или дин/см).

Благодаря П. н. жидкость при отсутствии внешних силовых воздействий принимает форму шара, отвечающую минимальной величине поверхности и, следовательно, наименьшему значению свободной поверхностной энергии (См. Поверхностная энергия). П. н. не зависит от величины и формы поверхности, если объёмы фаз достаточно велики по сравнению с размерами молекул; при повышении температуры, а также под действием поверхностно-активных веществ (См. Поверхностно-активные вещества) оно уменьшается. Расплавы металлов имеют наибольшее среди жидкостей П. н., например у платины при 2000 °С оно равно 1820 дин/см, у ртути при 20 °С — 484. П. н. расплавленных солей значительно меньше — от нескольких десятков до 200—300. П. н. воды при 20 °С — 72,8, а большинства органических растворителей — в пределах 20—60. Самое низкое при комнатной температуре П. н. — ниже 10 — имеют некоторые фторуглеродные жидкости.

В общем случае многокомпонентных систем в соответствии с термодинамическим уравнением Гиббса при адсорбции изменение П. н.

— dσ = Г₁dμ₁ + Г₂dμ₂ +...,

где Г₁, Г₂,... — поверхностные избытки компонентов 1, 2,..., т. е. разность их концентраций в поверхностном слое и объёме раствора (или газа), a dμ₁, dμ₂,... —изменения химических потенциалов соответствующих компонентов (знак «минус» показывает, что П. н. при положительной адсорбции уменьшается). Разницей в П. н. чистой жидкости и жидкости, покрытой адсорбционным монослоем, определяется Поверхностное давление.

На легкоподвижных границах жидкость — газ (пар) или жидкость — жидкость П. н. можно непосредственно измерить многими методами. Так, широко распространены способы определения П. н. по массе капли, отрывающейся от конца вертикальной трубки (сталагмометра); по величине максимального давления, необходимого для продавливания в жидкость пузырька газа; по форме капли (или пузырька), лежащей на плоской поверхности, и т.д. Экспериментальное определение П. н. твёрдых тел затруднено из-за того, что их молекулы (или атомы) лишены возможности свободного перемещения. Исключение составляет пластическое течение металлов при температурах, близких к точке плавления. Ввиду анизотропии (См. Анизотропия) кристаллов П. н. на разных гранях кристалла различно. Понятия П. н. и свободной поверхностной энергии для твёрдых тел не тождественны. Дефекты кристаллической решётки, главным образом Дислокации, ребра и вершины кристаллов, границы зёрен поликристаллических тел, выходящие на поверхность, вносят свой вклад в свободную поверхностную энергию. П. н. твёрдых тел обычно определяют косвенно, исходя из межмолекулярных и межатомных взаимодействий. Величиной и изменениями П. н. обусловлены многие Поверхностные явления, особенно в дисперсных системах (см. также Капиллярные явления),

Л. А. Шиц.

В живых организмах П. н. клетки — один из факторов, определяющих форму целой клетки и её частей. Для клеток, обладающих жёсткой или полужёсткой поверхностью (многие микроорганизмы, инфузории, клетки растений и т.д.), значение П. н. невелико. У клеток, лишённых прочной надмембранной структуры (большинство клеток животных, некоторые простейшие, сферопласты бактерий), П. н. в основном определяет конфигурацию (клетки, находящиеся во взвешенном в жидкости состоянии, приобретают форму, близкую к сферической). Форма клетки, прикрепленной к какому-либо субстрату или к др. клеткам, зависит преимущественно от др. факторов — цитоскелета, образуемого микротрубочками, контактных структур и т.д. Полагают, что локальные изменения П. н. существенны в таких явлениях, как Фагоцитоз, Пиноцитоз, Гаструляция. Определение П. н. клетки — сложная экспериментальная задача; обычно П. н. клетки не превышает несколько дин/см (10^-3 н/м).

Л. Г. Маленков.

Лит.: Адам Н. К., Физика и химия поверхностей, пер. с англ., М.—Л., 1947; Surface and colloid science, ed. E. Matijevié, v. 1, N. Y. — [a. o.], 1969. см. также лит. при ст. Поверхностные явления.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ - стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии (поверхностную энергию) на границе раздела с газовой фазой (напр., с собственным паром) или др. жидкой или твердой фазой. Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз при постоянной температуре. Поверхностное натяжение жидкости часто определяют как силу, действующую на единицу длины контура поверхности раздела фаз и стремящуюся сократить эту поверхность до минимума. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара.

Interfacial tension — Поверхностное натяжение.

Сила сжатия, действующая на поверхности раздела между двумя фазами.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, сила, испытываемая молекулами жидкости на поверхности (сильнее всего на границе газ - жидкость) и направленная в глубину объема жидкости. Из-за поверхностного натяжения жидкость всегда принимает форму, соответствующую минимальной поверхности, в частности капля имеет сферическую форму.

surface tension

capillary tension, surface tension

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

термодинамич. характеристика поверхности раздела 2 фаз (тел), определяемая работой обратимого изотермич. образования единицы площади этой поверхности. Измеряется в Дж/м2 или Н/м. В случае жидкой поверхности раздела П. н. можно рассматривать также как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объемах фаз. П. н. на границе 2 конденсированных фаз обычно наз. межфазным натяжением. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул в-ва из объёма тела в поверхностный слой. Равнодействующая межмолекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю (как в объёме тела) и направлена внутрь той фазы, в к-рой силы сцепления больше. Т. о.. П. н.— мера некомпенсированности межмолекулярных сил в поверхностном (межфазном) слое, или избытка свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объёмах фаз. Для подвижных жидкостей П. н.— величина, тождественно равная свободной поверхностной энергии.

Благодаря П. н. жидкости при отсутствии внеш. воздействий принимают форму шара (миним. поверхность и миним. значение свободной поверхностной анергии). П. н. не зависит от величины и формы поверхности, если объёмы фаз достаточно велики по сравнению с размерами молекул. При повышении темп-ры, а также под воздействием поверхностно-активных веществ оно уменьшается. Расплавы металлов имеют наибольшее среди жидкостей П. н. (у Pt при 2300 К П. н. равно 1820 дин/см, у Hg при комнатной темп-ре — 484 дин/см).

На легкоподвижных границах жидкость — газ (пар) или жидкость — жидкость П. н. можно измерить, напр., по массе капли, отрывающейся от конца вертикальной трубки (сталагмометра); по величине макс. давления, необходимого для продавливания в жидкость пузырька газа; по форме капли, лежащей на поверхности, и т. д. Эксперим. определение П. н. тв. тел затруднено тем, что их молекулы (атомы) лишены возможности свободно перемещаться. Исключение составляет пластическое течение металлов при температурах, близких к точке плавления. Вследствие анизотропии кристаллов П. н. на разных гранях кристалла различно. Понятия П. н. и свободной поверхностной энергии для тв. тел не тождественны. Дефекты кристаллич. решётки, гл. обр. дислокации, рёбра и вершины кристаллов, границы зёрен поликристаллич. тел, выходящие на поверхность, вносят свой вклад в свободную поверхностную энергию. П. н. тв. тел обычно определяют косвенно, исходя из межмолекулярных и межатомных взаимодействий. Величиной и изменениями П. н. обусловлены мн. поверхностные явления (см. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ).

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ, молекулярная сила, связанная с граничным слоем жидкости. Из-за поверхностного натяжения жидкость ведет себя так, будто на ее поверхности находится пленка. Когезионные силы, или силы сцепления, в этой пленке стремятся противостоять разрывам, благодаря чему иголка или лезвие, аккуратно помещенные на поверхность, будут «плавать» на поверхности, хотя их плотность в несколько раз больше плотности самой жидкости. см. также МЕНИСК.

сила взаимодействия молекул жидкости, действующая в плоскости, касательной к ее поверхности в сторону сокращения последней; измерение величины П. н. некоторых биологических жидкостей (плазма крови, моча, цереброспинальная жидкость) может быть использовано в диагностических целях (например, при анафилактическом шоке).

,

стремление в-ва (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др. фазой ( поверхностную энергию). Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади пов-сти раздела фаз (размерность Дж/м ²). Согласно др. определению, П. н.-сила, отнесенная к единице длины контура, ограничивающего пов-сть раздела фаз (размерность Н/м); эта сила действует тангенциально к пов-сти и препятствует ее самопроизвольному увеличению.

П. н.-осн. термодинамич. характеристика поверхностного слоя жидкости на границе с газовой фазой или др. жидкостью. П. н. разл. жидкостей на границе с собств. паром изменяется в широких пределах: от единиц для сжиженных низкокипящих газов до неск. тыс. мН/м для расплавл. тугоплавких в-в. П. н. зависит от т-ры. Для мн. однокомпо-нентных неассоциир. жидкостей (вода, расплавы солей, жидкие металлы) вдали от критич. т-ры хорошо выполняется линейная зависимость:

где s и s₀ -П. н. при т-рах Tи T₀ соотв., a0,1 мН/(м

пове́рхностное натяже́ние

стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии (поверхностную энергию) на границе раздела с газовой фазой (например, с собственным паром) или другой жидкой или твердой фазой. Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз при постоянной температуре. Поверхностное натяжение жидкости часто определяют как силу, действующую на единицу длины контура поверхности раздела фаз и стремящуюся сократить эту поверхность до минимума. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара.

* * *

ПОВЕ́РХНОСТНОЕ НАТЯЖЕ́НИЕ, стремление вещества (жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергии (поверхностную энергию) на границе раздела с газовой фазой (напр., с собственным паром) или др. жидкой или твердой фазой. Определяется как работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз при постоянной температуре. Поверхностное натяжение жидкости часто определяют как силу, действующую на единицу длины контура поверхности раздела фаз и стремящуюся сократить эту поверхность до минимума. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости при отсутствии внешних воздействий принимает форму шара.

жидкости - хар-ка сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, равная отношению силы, действующей в плоскости, касательной к поверхности жидкости (в сторону её сокращения), на элемент контура, ограничивающего эту поверхность, к длине этого элемента. П. н. зависит от хим. природы жидкости и темп-ры, уменьшаясь при увеличении темп-ры (до 0 при критической температуре). Снижение П. н. достигается введением в жидкость поверхностно-активных веществ. Единица П. н. (в СИ) - Н/м.

ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ — характеристика состояния поверхности раздела двух фаз (тел) при постоянной температуре, определяемая силами притяжения между молекулами и подвижностью молекул, находящихся на поверхности, которая при этом уменьшается до тех пор, пока свободная поверхность жидкости не достигнет значения, минимального из возможных в данных условиях. В невесомости благодаря П. и. жидкость принимает форму шара (минимальная площадь поверхности и минимальное значение работы, которая затрачивается на образование единицы поверхности). П. н. обозначается буквой σ и выражается в Дж/м² (см. джоуль) или Н/м (см. ньютон). Его уменьшают вещества с положительной адсорбцией (ПАВ) и увеличивают вещества с отрицательной адсорбцией, напр. неорганические соли.