Руководство к решению примеров и задач по коллоидной химии. Цыренова С.Б - 17 стр.

жение) первой и второй фаз на границе с воздухом (собственным паром). Свободная поверх-
ностная энергия F системы пропорциональна общей поверхности раздела фаз S:
                             F = σ S.                        (2.2)
     Высокая свободная поверхностная энергия - характерное свойство дисперсных систем.
Изменение величины поверхности раздела всегда сопровождается энергетическими измене-
ниями в системе - поглощением или выделением тепла. Выражение для теплового эффекта
этого процесса может быть выведено на основе уравнения Гиббса - Гельмгольца. При посто-
янной температуре и давлении бесконечно малое изменение поверхности раздела dS, вызовет
бесконечно малое изменение свободной энергии dF, отсюда
     d F = σ d S, согласно уравнению Гиббса-Гельмгольца.
                                         dF
                               H = F − T( )p .                     (2.3)
                                         dT
     Проследим изменение энтальпии Н при изменении поверхности раздела S. Для этого
берем производную Н по S и получаем:

                         dH           dF          d dF            dσ
                     (      ) P ,T = ( ) P ,T − T   ( )P = σ − T ( )P ,   (2.4)
                         dS           dS          dS dT           dT
        dH
где (      ) - тепловой эффект, сопровождающий уменьшение поверхности раздела фаз на 1
        dS P , T
см 2;
             dσ
          − T(  ) P - тепловой эффект образования новой поверхности на 1 см 2 (скрытая теп-
             dT
лота образования поверхности).
      Согласно современной теории (работы П.А.Ребиндера и ученых его школы) дисперс-
ные системы делятся на лиофобные и лиофильные по величине свободной межфазной энер-
гии σ1,2. Условие существования лиофобной системы может быть выражено σ2,1 > σ m, где σ
m - некоторая граничная величина, которая характеризует среднюю кинетическую энергию
теплового движения частиц:
                                         KT
                                σь = γ        ,                       (2.5)
                                         δ2
где γ - безразмерный множитель;
      к - постоянная Больцмана;
      δ - дисперсность частиц, участвующих в броуновском движении.
      Условие существования лиофильной коллоидной системы может быть выражено σ 1,2<
σ m. Такие лиофильные системы образуют мыла, красители, самопроизвольно образующиеся
эмульсии.
      Смачивание жидкостью твердого тела можно рассматривать как результат действия сил
поверхностного натяжения. Нанесем каплю жидкости на твердую поверхность. Из рис.2.2
видно, что окружность капли является границей взаимодействия трех сред: жидкости 1, воз-
духа 2 и твердого тела 3. Эти среды разделены поверхностями раздела фаз: поверхность
“жидкость – воздух” с поверхностным натяжением σ1,2; поверхность “жидкость - твердое те-
ло” с поверхностным натяжением σ1,3; поверхность “воздух - твердое тело” с поверхностным
натяжением σ2,3. Таким образом, на единицу длины периметра смачивания действуют три
силы σ1,2, σ1,3 и σ2,3, обозначенные на рис.2.2 соответствующими векторами, направленными
касательно к соответствующей поверхности раздела.
      В случае образования равновесного краевого угла θ все три силы должны уравновесить
друг друга. Силы σ2, 3 и σ 1,3 действуют на плоскости поверхности твердого тела, сила σ1,2 на-
правлена под углом θ к данной плоскости.