Поверхностная энергия

в термодинамике, избыток энергии в тонком слое вещества у поверхности соприкосновения тел (фаз) по сравнению с энергией вещества внутри тела. Полная П. э. складывается из работы образования поверхности, т. е. работы, необходимой для преодоления сил межмолекулярного (или межатомного) взаимодействия при перемещении молекул (атомов) из объёма фазы в Поверхностный слой, и теплового эффекта, связанного с этим процессом. В соответствии с термодинамическими зависимостями удельная полная П. э.

u =σ+q =σ—

где σ—удельная свободная П. э., тождественно равная для подвижных жидкостей поверхностному натяжению (См. Поверхностное натяжение), q — скрытая теплота (связанная энергия) единицы площади поверхности, Т —абсолютная температура и удельная поверхностная Энтропия, имеющая обычно отрицательную величину. Свободная П. э. с ростом температуры уменьшается, тогда как полная П. э. неполярных (неассоциированных) жидкостей остаётся постоянной, а полярных — несколько возрастает. Так, для воды при 0, 20 и 100 °С значения u соответственно равны 117, 120 и 129 мдж/м² или эрг/см². С приближением к критической температуре (См. Критическая температура) различие в составе и свойствах контактирующих фаз сглаживается, поверхность раздела фаз исчезает и П. э. обращается в нуль. П. э. влияет на многие физико-химические свойства твёрдых тел и жидкостей. Особенно возрастает её роль в высокодисперсных коллоидных системах (См. Коллоидные системы), где поверхность раздела фаз предельно велика.

Лит. см. при ст. Поверхностное натяжение и Поверхностные явления.

Л. А. Шиц.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ - избыток потенциальной энергии вещества, определяемой всеми взаимодействиями частиц, у поверхности какого-либо тела по сравнению с энергией в объеме.

surface energy

surface energy

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ

избыток энергии поверхностного слоя на границе раздела фаз (по сравнению с энергией в-ва внутри тела), обусловленной различием межмолекулярных взаимодействий в обеих фазах. При увеличении поверхности раздела, т. е. при переводе молекул (атомов) в поверхностный слой, совершается работа против нескомпенсированных сил межмолекулярного вз-ствия у границы раздела, равная удельной с в о б о д н о й П. э. s (для жидких поверхностей она тождественна поверхностному натяжению). Полная П. э. u=s-Т(дs/дТ), где второй член представляет собой скрытую теплоту образования единицы площади поверхности (с в я з а н н а я э н е р г и я) в необратимом изотермич. процессе при тем-пре Т. Величина дs/дТ — удельная п о в е р х н о с т н а я э н т р о п и я (обычно отрицат. величина). Свободная П. э. линейно уменьшается с ростом Т, полная П. э. явл. температурным инвариантом, но для полярных жидкостей она может несколько возрастать за счёт диссоциации. Вблизи критической температуры Tкр различие св-в соседствующих объёмных фаз нивелируется и при Т= Tкр исчезает.

, энергия, сосредоточенная на границе раздела фаз, избыточная по сравнению с энергией в объеме. При увеличении пов-сти раздела фаз уд. полная П. э. (на единицу пов-сти) e характеризует увеличение энергии системы. Она равна сумме мех. работы s образования единицы площади пов-сти и поглощаемой при этом теплоты q. B обратимом изотермич. процессе , где Т-абс. т-ра, Ч -уд. поверхностная энтропия (связанная энергия). Обычно, говоря о П. э., имеют в виду уд. свободную П. э. s. С ростом т-ры вдали от критич. точки s линейно уменых ается, тогда как e практически от т-ры не зависит. При приближении к критич. точке различие в св-вах контактирующих фаз сглаживается и П. э. обращается в нуль (см. Критическое состояние).Термин "П. э." применяют обычно для границы твердое тело-газ (пар); если граничащие фазы суть твердое тело и жидкость или две несмешивающиеся жидкости, пользуются термином "межфазная энергия". Уд. свободная П. э. на границе раздела жидкость-газ (пар) наз. поверхностным натяжением.

П. э. связана с меж молекулярным взаимодействием, т. к. состояние частиц (атомов, молекул) на границе раздела фаз отличается от состояния в объеме фаз вследствие нескомпен-сированности силовых полей частиц на пов-сти раздела. Состояние пов-сти и поверхностные силы играют существ. роль в тех случаях, когда пов-сть сильно развита (напр., в высокодисперсных системах), при получении в-ва в виде тонких пленок, когда сфера действия приповерхностных сил соизмерима с толщиной пленок, в капиллярных явлениях. При образовании (увеличении) пов-сти раздела фаз затрачивается работа против нескомпенсированных сил межчастичного взаимод. на пов-сти. П. э. s определяется как работа образования единицы площади пов-сти (размерность Дж/м ²) или как сила, приложенная к контуру на пов-сти и препятствующая увеличению пов-сти; тогда ее размерность Н/м. Для жидкостей мол. природы и твердых тел П. э. s равна: сжиженные инертные газы-единицы мДж/м ², орг. в-ва-десятки мДж/м ², в-ва ионной природы - первые сотни мДж/м ², металлы-от долей Дж/м ² (легкоплавкие) до неск. Дж/м ² (тугоплавкие).

Эксперим. измерение П. э. в твердых телах представляет собой трудную задачу из-за медленного (по сравнению с жидкостью) протекания релаксац. процессов и большой диссипации энергии при разрушении и образовании новой пов-сти, что обычно затрудняет проведение этого процесса как изотермического обратимого. Существует неск. методов измерения П. э. твердых тел, из к-рых наиб. достоверные результаты дает метод нулевой ползучести (Таммана-Удина), основанный на наличии у тела вязкой ползучести, т. е. способности при достаточно высокой т-ре медленно течь под действием приложенной силы. Графич. интерполяция величины этой силы к значению, при к-ром вязкая ползучесть уравновешивается поверхностным натяжением s, позволяет определить П. э. Для упругих тел с хрупким разрушением П. э. можно определить лишь в случаях совершенной спайности, напр. при обратимом расщеплении листочка слюды, путем измерения работы образования пов-сти (метод Обреимова); последний применим также для определения межфазной энергии на границе твердое тело-жидкость.

Кристаллич. тела характеризуются анизотропией П. э.: наименьшей П. э. обладают грани с наиб. плотностью частиц; у граней с большими кристаллографич. индексами П. э. выше, чем у граней с малыми. Особенно велики различия в значениях П. э. разл. граней у слоистых кристаллов-графита, слюды. Межзеренная энергия линейно растет с увеличением угла разориентации сросшихся кристаллов до нек-рого предела, после к-рого она не зависит от угла разориентации. В областях хорошего совпадения узлов кристаллич. решеток контактирующих зерен наблюдается уменьшение межзерен-ной энергии. Для металлов отношение межзеренной энергии к П. э. достигает 0,3-0,4, для ионных кристаллов-0,5. Разработаны методы теоретич. расчета П. э. кристаллов с разным типом связи.

П. э. в значит. степени определяет форму кристаллов, работу образования новой фазы, прочность твердых тел, поверхностные явления, капиллярные явления, устойчивость дисперсных систем и др.

Лит.: Межфазовая граница газ-твердое тело, пер. с англ. под ред. Э. Флада, M., 1970; Миссол В., Поверхностная энергия раздела фаз в металлах, пер. с польск., M., 1978. H. В. Перцов.

пове́рхностная эне́ргия

избыток потенциальной энергии вещества, определяемой всеми взаимодействиями частиц, у поверхности какого-либо тела по сравнению с энергией в объёме.

* * *

ПОВЕ́РХНОСТНАЯ ЭНЕ́РГИЯ, избыток потенциальной энергии вещества, определяемой всеми взаимодействиями частиц, у поверхности какого-либо тела по сравнению с энергией в объеме.

избыток энергии поверхностного слоя на границе раздела фаз по сравнению с соответствующей объёмной энергией самих фаз, обусловленный различием межмолекулярных взаимодействий в обеих фазах. П. э. пропорциональна площади поверхности раздела фаз, поэтому она особенно велика у высоко дисперсных систем (напр., коллоидных) и во многом определяет их св-ва.

surface energy

energia superficiale

поверхне́ва ене́ргія

поверхне́ва ене́ргія

избыток потенциальной энергии в-ва, определяемой всеми взаимодействиями частиц, у поверхности к.-л. тела по сравнению с энергией в объёме