2020-07-12
104
Приповерхностный слой жидкости, ответственный за поверхностное натяжение, имеет толщину всего в несколько атомных размеров, т.е. примерно 10-7 см. Поэтому он чувствителен к различным физическим воздействиям. Наиболее детально изучены тепловое воздействие – зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры и влияниерастворенных веществ.
а) Температурная зависимость коэффициента поверхностного натяжения. С точки зрения молекулярно-кинетических представлений поверхностное натяжение характеризуется, в частности, избыточной потенциальной энергией молекул в приповерхностном слое жидкости. Поэтому попадать в этот слой из объёма молекулы могут за счет части своей кинетической энергии. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул 
пропорциональна температуре (k - постоянная Больцмана). Следовательно, с повышением температуры все большее количество молекул будут проникать в приповерхностный слой жидкости из объёма. Концентрация молекул в нем приближается к объёмной и, как следствие, величина коэффициента поверхностного натяжения уменьшается с ростом температуры. Точный закон зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры наиболее просто может быть получен экспериментально. Результаты таких исследований для воды представлены в таблице 3.2.
В узком температурном интервале зависимость σ(Т) приближенно линейна.
Таблица 3.2 – Температурная зависимость коэффициента поверхностного натяжения для воды
| № п/п | t, ºC | коэффициент σ, мН/м |
| 1 | 0 | 75,62 |
| 2 | 10 | 74,20 |
| 3 | 20 | 72,75 |
| 4 | 40 | 69,55 |
| 5 | 60 | 66,17 |
| 6 | 80 | 62,60 |
| 7 | 100 | 58,84 |
б) Влияние растворенных веществ на коэффициент поверхностного натяжения обусловлено тем, что изменяется окружение молекул растворителя. Это изменение тем сильнее, чем выше концентрация растворенных веществ. Значение коэффициента поверхностного натяжения растворов занимает промежуточное положение между коэффициентами поверхностного натяжения растворенного вещества и растворителя. Для примера в таблице 3.3 приведены значения σ для водных растворов некоторых веществ.
Таблица 3.3 – Влияние растворенных веществ на коэффициент поверхностного натяжения воды
| № п/п | Водный раствор | коэффициент σ, мН/м |
| 1 | Сахарный раствор, 5% | 74,.0 |
| 2 | Сахарный раствор, 20% | 76,5 |
| 3 | Сахарный раствор, 63% | 79,6 |
| 4 | Медный купорос, 25% | 74,1 |
| 5 | Аммиак, 20% | 59,3 |
| 6 | Гидроксид натрия, 30% | 95,1 |
| 7 | Мыльный раствор | 40,0 |
Наиболее сильное влияние на коэффициент поверхностного натяжения оказывают поверхностно-активные вещества, обладающие повышенной способностью концентрироваться (адсорбироваться) на поверхности жидкости. Примерами таких веществ являются мыло, касторовое масло. Из-за адсорбции на поверхности влияние этих веществ практически не чувствительно к концентрации (именно, поэтому в таблице 3.3 для мыльного раствора не указана концентрация).
