Page 71 - 130

72

3.1.4 Поверхневий натяг на межі двох рідин. Взаємне розтікання рідин
На поверхні, яка утворилася при контакті двох рідин, що не змішуються
між собою або володіють обмеженою розчинністю, виникає погранична фаза,
яка характеризується деякою поверхневою енергією, що залежить від складу
рідинних фаз. Вивчення пограничної фази ускладнюється рядом факторів,
головним із яких є взаємна розчинність контактуючих фаз. Оскільки не існує
двох абсолютно взаємно нерозчинних рідин, то поверхнева енергія між двома
чистими рідинами залежить від взаємної розчинності. Якщо рідини повністю
взаєморозчинні, то, очевидно, в цьому випадку відсутня межа поділу, а, отже, і
немає поверхневої енергії.
Якщо помістити краплю рідини на поверхню іншої, в якій перша
нерозчинна, то в момент контакту створюється нестійка система, в якій по всіх
трьох межах (рідина, рідина, газ) діють три поверхневі сили. Позначимо через
 і  поверхневі натяги на межах поділу рідина А – пара і, відповідно,
A B
рідина В – пара, а через  – поверхневий натяг на межі поділу рідина А –
AB
рідина В. Якщо      , то система знаходиться в рівновазі. З другого
A B AB
боку, якщо      , то вільна енергія краплі рідини буде зменшуватися
A AB B
при її стягуванні. Тоді для другої рідини погранична поверхня на межі рідина –
пара прямує до збільшення. При цьому краї краплі стягуються і плоска крапля,
“намагається” набути форму сфери і стає лінзою, форма якої визначається
відповідними величинами  і  . Якщо    , то крапля (А) проникає в
A B A AB
нижню рідину; при    AB крапля рідини А проявляє бажання “піднятися”.
A
Якщо      , то розтікання краплі викличе зменшення вільної
A AB B
енергії системи. Коли одна рідина, розтікаючись по поверхні другої, збільшить
2
свою площу на одиницю (наприклад, на 1 см ), то зменшення вільної
поверхневої енергії буде дорівнювати f       . Ця величина може
B A AB
розглядатися, як міра “бажання” першої рідини до розтікання по поверхні
другої. Її називають коефіцієнтом розтікання. Отже коефіцієнтом розтікання
можна характеризувати поведінку двох рідин, що не змішуються, на межі їх
поділу. Одиниця коефіцієнта розтікання відповідає одиниці поверхневого
2
натягу, тобто Дж/м . Для рідин, що розтікаються, коефіцієнт розтікання має
позитивне значення, для рідин, що не розтікаються – негативне (див. табл. 3.4).

Таблиця 3.4 − Коефіцієнт розтікання (f) деяких рідин на воді при 293К

3
3
Рідини f10 f10
2 Рідини 2
Дж/м Дж/м
Розтікаються Не розтікаються
1-Пропанол 49,0 Монобромбензол -3,3
1-Бутанол 48,3 Сірковуглець -6,9

Масляна кислота 45,7 Монойодбензол -8,8
Олеїнова кислота 24,6 Бромоформ -9,6
Бензол 8,9 Вазелінове масло -13,5
Толуол 6,8 Йодистий метилен -26,5