Поверхностные явления

Классификация поверхностных явлений

Из химической термодинамики известно, что самопроизвольно протекают только те процессы, которые приводят к уменьшению свободной энергии системы. Системы с большим запасом свободной энергии термодинамически неустойчивы. Поэтому дисперсные системы, обладающие большой удельной поверхностью, а следовательно, и большой поверхностной энергией термодинамически неустойчивы; в них самопроизвольно протекают процессы, приводящие к снижению свободной энергии.

Поверхностными называются явления, которые вызваны самопроизвольным уменьшением поверхностной энергии G _пов. Эти явления происходят на границе раздела фаз.

Для изобарно-изотермических процессов

G _пов = s S.

Снижение G _пов может быть достигнуто за счет уменьшения поверхности раздела фаз S и поверхностного натяжения s.

Поэтому все поверхностные явления в дисперсных системах можно разделить на две группы:

1) связаны с уменьшением поверхности раздела фаз;

2) обусловлены снижением s.

В первом случае снижение G _пов может быть реализовано за счет образования сферической и идеально гладкой поверхности, укрупнения частиц и механических процессов.

Сферические частицы по сравнению с частицами другой формы обладают минимальной поверхностью. Капли любой жидкости в отсутствие гравитации (например, в кабине космического корабля) принимают сферическую форму.

Идеально гладкая поверхность образуется на границе раздела с газовой фазой. Поверхность воды в стакане всегда идеально гладкая.

При укрупнении частиц увеличивается удельная поверхность.

Укрупнение частиц твердой дисперсной фазы происходит за счет слипания и образования более крупных агрегатов. Этот процесс называется коагуляцией.

Слияние капель (или пузырьков) внутри подвижной дисперсионной среды (жидкости или газа) и образование частиц большего размера – коалесценция.

2. Снижение s может быть вызвано физико-химическими, электрическими, тепловыми процессами (адсорбция, адгезия, образование ДЭС). Физико-химическим процессам сопутствуют тепловые эффекты, связанные с выделением или поглощением тепла.