Influența curburii suprafeței asupra echilibrului de fază

Până în prezent am luat în considerare fenomenele de suprafață în sisteme în care fazele coexistente sunt separate printr-o limită interfață plat (cu o rază mare de curbură - vezi mai jos). Curbura interfeței de fază modifică proprietățile termodinamice ale sistemului și determină unele efecte importante legate de numărul de fenomene capilare.







Presiunile în fazele de contact separate de o suprafață plană în condiții de echilibru sunt aceleași. Dimpotrivă, presiunea în fazele separate de o suprafață curbată, de exemplu, sferică, este diferită.

Un exemplu. Acest lucru este ușor de văzut de exemplu formarea de bule de săpun, dacă este lăsat în deschiderea tubului deschis sub acțiunea o presiune mai mare în bula de aer iese, iar dimensiunea bubble va scădea până la dispariția sa. Aceasta reduce suprafața bulei și energia de suprafață asociată acesteia.

(. Raza de curbură - vezi mai jos) crește suprapresiunii cu scăderea razei bule Poate dovedi bule suflare două dimensiuni diferite, și apoi combinarea lor: cu bule mici va scădea, și o creștere mare până la transferul complet al aerului de la mic la mare.

Să ne amintim că, datorită excesului de energie de suprafață, faza lichidă, datorită mobilității sale, dobândește o formă sferică în condiții de greutate. Apa în râuri, mări, lacuri are o suprafață plană doar pentru că acționează gravitațional (F). Cu o scădere a cantității de lichid, rolul său este redus, deoarece F

d2; Sud = ↑. Rolul crescând al energiei de suprafață se manifestă prin apariția curburii suprafeței fazei lichide.







Luați în considerare modificarea presiunii saturate de vapori de lichid la o curbură a suprafeței sale (numită vapori saturați în echilibru cu lichidul său) în trei cazuri: o suprafață lichidă plană, suprafața lichidului este concavă și suprafața convexă a lichidului (ris.2.29)

Ris.2.29. Interacțiunile intermoleculare pe o suprafață curbată a unui lichid

Cele mai intense interacțiuni în stratul de suprafață al unui lichid sunt observate în cazul unei suprafețe concave (2). Aici, orice moleculă de suprafață este înconjurată de numărul maxim de "vecini". Ieșiți-l în fază gazoasă, în acest caz, veți necesita cea mai mare cheltuială de energie. Prin urmare, ar trebui să se aștepte ca, deasupra suprafeței concave, presiunea saturată a vaporilor să fie minimă.

În cazul unei suprafețe lichide convexe (3), numărul de molecule care înconjoară molecula de suprafață izolată este minimă și, prin urmare, presiunea saturată a vaporilor va fi maximă. Poziția medie este o suprafață plană.

Astfel, presiunea vaporilor saturați depinde de curbura suprafeței lichidului: deasupra suprafeței convexe, este mai mare și deasupra suprafeței concave este mai mică decât peste planul unul. Și cu cât curbură a suprafeței este mai mare, cu atât este mai diferită presiunea de pe suprafața plană și curbată.

Luați în considerare rezultatul efectului curburii interfeței dintre două lichide nemiscibile asupra presiunii interne P în fazele de contact.

Fig. 2.30. Efectul curburii interfeței asupra presiunii interne

Curbura suprafeței determină o schimbare în zonă și poziția interfeței care poate exprima o schimbare de energie de suprafață (# 963; dS), volumele de fază schimbare 1 și 2: DV1 = -dV2, ceea ce duce la o schimbare a energiei E faze 1 și 2 pe # 916; E1 = p1 dV1 și E2 = p2 dV2 (p1 și p2 sunt presiuni interne în interiorul fazelor).

Relația dintre energia de suprafață și "vrac" poate fi scrisă folosind ecuațiile generalizate 1 și 2 ale legilor termodinamicii cu privire la energia Helmholtz F la T = const:

Când fazele sunt în echilibru # 916; F = 0, atunci

(p1 - p2) dV2 + # 963; dS = 0, # 916; P = p2 - p1 = # 963; (2.101)

- curbura suprafeței. Cu cât este mai mare tensiunea superficială, cu atât este mai mare influența curburii suprafeței. Derivarea din ecuație este următoarea:







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: