Hvor opstår kapillære fænomener i naturen? Befugtning og kapillaritet

Kapillaritet (fra lat. Capillaris - hår) - fysiske fænomen, som består i væskers evne til at ændre niveauet i rør, smalle kanaler med vilkårlig form og porøse legemer. En stigning i væske opstår i tilfælde, hvor kanaler fugtes af væsker, for eksempel vand i glasrør, sand, jord osv. Der sker et fald i væske i rør og kanaler, der ikke er fugtet af væske, for eksempel kviksølv i en glasrør. Dyrs og planters livsaktivitet, kemiske teknologier og dagligdags fænomener (for eksempel at løfte petroleum langs vægen i en petroleumslampe, tørre hænder med et håndklæde) er baseret på kapillaritet. Jordkapillaritet bestemmes af den hastighed, hvormed vandet stiger i jorden og afhænger af størrelsen af ​​mellemrummene mellem jordpartikler. Kapillærer er tynde rør, såvel som de tyndeste kar i menneskekroppen og andre dyr.

Krumningen af ​​den flydende menisk er især godt observeret i tynde rør kaldet kapillærer. Hvis en kapillar sænkes ned i en beholder med væske, hvis vægge fugtes af væsken, stiger væsken langs kapillæren til en vis højde h(Fig. 50.1). Dette forklares af det faktum, at krumningen af ​​væskeoverfladen forårsager yderligere molekylært tryk. Hvis overfladen er konveks og har en sfærisk form, vil det yderligere tryk være

Figur 50.1

I tilfælde af en konveks menisk (r > 0) er det totale tryk større end atmosfærisk tryk, og væsken falder ned gennem kapillæren. Hvis menisken er konkav (r< 0), суммарное давление меньше атмосферного и жидкость поднимается по капилляру. Жидкость поднимается (или опускается) до тех пор, пока гидростатическое давление р = ρqh столба жидкости высотой h не компенсирует добавочное (Лапласовское) давление р л. (Лаплас установил зависимость этого давления от формы мениска.) В этом случае

hvor ρ er væskens massefylde; g er tyngdeaccelerationen, r er kapillærens radius, R er meniskens krumningsradius.

Højde af stigning (nedgangsdybde) af væske i kapillæren:

.

§ 51. Fænomenet kapillaritet i hverdagen, naturen og teknologien

Fænomenet kapillaritet i hverdagen spiller en stor rolle i en lang række processer, der forekommer i naturen. For eksempel skyldes indtrængning af fugt fra jorden i planter, stængler og blade kapillaritet. Planteceller danner kapillærkanaler, og jo mindre radius kapillæren er, jo højere stiger væsken igennem den. Blodcirkulationsprocessen er også forbundet med kapillaritet. Blodkar er kapillærer.

Jordkapillaritet er især vigtig. Gennem de mindste kar blandes fugt fra dybet til jordens overflade. Hvis de ønsker at reducere fordampningen af ​​fugt, så løsnes jorden og ødelægger kapillærerne. For at øge strømmen af ​​fugt fra dybet rulles jorden, hvilket øger antallet af kapillærkanaler. Inden for teknologien er kapillære fænomener af stor betydning i tørreprocesser og i byggeri.

§ 52. Tryk under en buet overflade af en væske

En sfærisk konveks overflade producerer yderligere tryk på væsken forårsaget af interne spændingskræfter rettet ind i væsken, R er kuglens radius. Hvis overfladen af ​​en væske er konkav, ledes den resulterende kraft af overfladespænding ud af væsken og trykket inde i væsken.

For stort tryk inde i en sæbebobleradius R forårsaget af virkningen af ​​begge overfladelag af en tynd sfærisk sæbefilm:

Figur 52.1

I det generelle tilfælde er overtryk for en vilkårlig væskeoverflade beskrevet af Laplaces formel:

, (52.1)

hvor og er krumningsradierne af to indbyrdes vinkelrette sektioner af væskeoverfladen i et givet punkt.

Krumningsradius er positiv, hvis krumningscentret for den tilsvarende sektion er inde i væsken, og negativ, hvis krumningscentrum er uden for væsken.

Lektionens mål:

• undersøgelse af naturens vigtigste fænomener og egenskaber - befugtning, ikke-vædende, kapillære fænomener.

Lektionens mål:

Uddannelsesmæssigt: uddybning af fænomenerne befugtning og ikke-vædning samt væskers kapillaritet for at lære omfanget af deres anvendelse;

Udviklingsmæssigt: at udvikle sig hos eleverne kreativ tænkning og tale;

Nøglebegreber:

Befugtning er et overfladefænomen, der består i overfladens vekselvirkning solid(anden væske) med væske.

Kontaktvinkel (viser graden af ​​befugtning)- dette er den vinkel, der dannes af tangentplaner til grænsefladefladerne, der begrænser befugtningsvæsken, mens vinklens toppunkt ligger på de tre fasers skillelinje.

Videoen viser den kapillære væskestrøm

Krumning af overfladen fører til udseendet af yderligere kapillartryk i væsken Dp, hvis værdi er relateret til overfladens gennemsnitlige krumning r ved Laplace-ligningen: Dp = p1 – p2 = 2s12/r, hvor (s12 er overfladespændingen ved grænsefladen mellem to medier p1 og p2 er trykket i væske 1 og medium 2 i kontakt med det.

Anvendelsesområder Befugtning kan forklare brugen af ​​rengøringsmidler, hvorfor hænder, der er dækket af olie eller fedt, er nemmere at vaske af med benzin end med vand, samt hvorfor gæs kommer tørre ud af vand osv. Forklaringen på kapillære fænomener opstår bl.a. vandets bevægelse i planter og kapillærer. Og også når man dyrker jorden. For eksempel: bevarelse af fugt ved at løsne osv., ødelægge kapillærer. Og også kapillærfænomenet kan forklare elektriske og nukleare fænomener, giver dig mulighed for at opdage revner med en åbning på 1 mikron, som ikke kan ses med det blotte øje.

Konklusioner.

Vi lever i de flestes verden fantastiske fænomener natur. Dem er der mange af. Vi møder dem hver dag uden at tænke på essensen. Men mennesket, som et intelligent fænomen, må forstå essensen af ​​disse fænomener. Sådanne fænomener som befugtning og ikke-vædende, kapillær fænomen er meget udbredt i teknologi og natur. De er uundværlige i Hverdagen og i løsning af videnskabelige og tekniske problemer. Denne viden giver os svar på mange spørgsmål. For eksempel hvorfor en dråbe dukker op i fri flugt, eller hvorfor planeter og stjerner har en sfærisk form, er nogle faste legemer godt befugtet af væske, mens andre ikke er det. Hvorfor kan kapillære fænomener optage næringsstoffer, fugt fra jorden af ​​planterødder, eller hvorfor blodcirkulationen i dyreorganismer er baseret på kapillære fænomener mv.

Kontrolblok:

1. Hvad er en kapillær?

2.Hvordan genkender man befugtning og ikke-vædning?

3.Giv et eksempel på befugtning.

4.Hvad er et kapillært fænomen?

5. Giv et eksempel på ikke-befugtning.

Lektier.

Robot fremskridt

1.Placer dråber vand og olie på glas, aluminium, kobber, paraffinplader.

2. Tegn formerne på dråberne.

3.Se på dråberne og drag konklusioner om forholdet mellem molekylerne i et fast stof og en væske.

4. Indtast disse resultater i en tabel.

5.Tilsæt lidt olivenolie til blandingen af ​​vand og sparta ved hjælp af en sprøjte.

6. Før en wire gennem midten af ​​oliekuglen og drej den.

7. Læg mærke til, hvordan formen på dråben ændrer sig.

8. Træk konklusioner om formen af ​​væskeoverfladen.

Den film af vand, der er på overfladen, giver støtte til mange organismer, når de bevæger sig. Det observeres i små insekter og arachnider. De mest berømte for os er vandstridere, som kun hviler på vandet med endesegmenterne af deres vidt adskilte ben. Foden, som er dækket af en voksagtig belægning, fugtes ikke af vand. Overfladelaget af vand bøjer sig under tryk fra foden, og der dannes små fordybninger. (Figur 6) Vandfuglenes fjer og dun er altid rigt smurt med fede sekreter fra specielle kirtler. Dette forklarer deres vandtæthed. Et tykt luftlag, som er placeret mellem fjerene på en and og ikke fortrænges derfra af vand, beskytter ikke kun anden mod varmetab, men øger også dens reserve af opdrift i høj grad.

Eksistensen af ​​befugtning og kontaktvinkel fører til krumning af væskeoverfladen nær beholderens vægge. Hvis væsken væder væggene, har overfladen en konkav form, hvis den ikke væder væggene, har den en konveks form. Denne form for buet overflade af en væske kaldes en menisk. (Fig. 10.11)

Befugtning	Ikke befugtende

Under en buet overflade i et kapillar vil trykket afvige fra trykket under en flad overflade med mængden
. Mellem væsken i kapillæren og i en bred beholder etableres en sådan niveauforskel så det hydrostatiske tryk
afbalanceret kapillartryk
. I tilfælde af en sfærisk menisk

. Meniskens krumningsradius kan udtrykkes gennem kontaktvinklen og kapillarradius
r
,

, Derefter
I tilfælde af befugtning Og højden af ​​væskestigning i et kapillarog kapillarradius .

jo større jo mindre er kapillærradius Kapillærfænomenet tager en enestående rolle i menneskelivet

. Tilførslen af ​​fugt til planter og træer sker netop ved hjælp af kapillærer, som findes i enhver plante. Kapillære fænomener kan også spille en negativ rolle. For eksempel i byggeriet. Behovet for at vandtætte bygningsfundamenter er forårsaget af kapillære fænomener.

Spørgsmål til selvkontrol

1. Beskriv væsketilstanden i sammenligning med krystaller og gasser.

2.Hvad er langrækkende og kortrækkende rækkefølge?

3.Hvad giver den radiale fordelingsfunktion dig mulighed for? Tegn det for krystaller, væsker og gasser.

4. Hvad er overfladespændingskoefficient?

6. Hvad er befugtning? Hvad er et mål for befugtning? Giv eksempler på processer, der kræver god befugtning.

7.Hvad bestemmer højden af ​​væsken, der stiger op i kapillæren?

Foredrag nr. 5 (11)

Faste stoffers egenskaber

1. Amorfe og krystallinske legemer. Struktur og typer af krystaller. De

fejl i krystaller.

2. Krystallers mekaniske egenskaber. Mekanismen for plastisk deformation

Amorfe og krystallinske legemer.

I amorfe kroppe eksisterer lukke rækkefølge arrangement af atomer. Krystaller har på lang vej arrangement af atomer. Amorf legeme isotropisk, krystallinsk – anisotropisk.

Under afkøling og opvarmning er kurverne for temperatur versus tid forskellige for amorfe og krystallinske legemer. For amorfe legemer kan overgangen fra flydende til fast form være titusinder af grader. For krystaller er smeltepunktet konstant. Der kan være tilfælde, hvor det samme stof, afhængigt af kølebetingelserne, kan opnås i både en krystallinsk og en amorf fast tilstand. For eksempel glas meget langsom afkøling smeltedåse krystallisere. I dette tilfælde vil der opstå refleksion og spredning af lys ved grænserne for de små dannede krystaller, og det krystalliserede glas mister sin gennemsigtighed.

Krystalcelle. Hovedegenskaben ved krystaller er regelmæssigheden af ​​arrangementet af atomer i dem. Det sæt af punkter, hvor atomer (mere præcist, atomkerner) er placeret, omtales som krystalgitter, og selve punkterne kaldes gitterknuder.

Det vigtigste kendetegn ved krystalgitteret er rumlig periodicitet dens struktur: krystallen synes at bestå af gentagne dele(celler).

Vi kan bryde krystalgitteret op i nøjagtigt identiske parallelepipeder, der indeholder det samme antal lige store atomer. Krystallen repræsenterer sæt parallelepipeder, parallelt forskudt i forhold til hinanden. Hvis du flytter krystalgitteret parallelt med sig selv med en afstand af kantens længde, så flugter gitteret med sig selv. Disse forskydninger kaldes udsendelser, og gitterets symmetri med hensyn til disse forskydninger siges at være translationel symmetri(parallel translation, rotation om en akse, spejlreflektion osv.).

Hvis der er et atom i toppunktet af en elementær celle, så skal de samme atomer naturligvis være placeret ved alle andre hjørner af denne og andre celler. En samling af identiske og identisk placerede atomer kaldes Bravais gitter af denne krystal. Hun forestiller sig krystalgitterskelet, der personificerer hele dens translationelle symmetri, dvs. al dens periodicitet.

Klassificering af forskellige typer krystalsymmetri er primært baseret på klassifikation forskellige typer Bravais-riste.

Det mest symmetriske Bravais-gitter er et gitter med symmetrien Cuba(kubisk system). Der er tre forskellige

Bravais-gitter relateret til det kubiske system: enkel
	kropscentreret(i midten af ​​terningen er der et atom), ansigtscentreret (bortset fra atomerne ved hjørnerne - der er også et atom i

centre for alle deres ansigter). Ud over kubisk er der tetragonale, rombiske, monokliniske og andre (vi vil ikke overveje).

Bravais-gitteret omfatter generelt ikke alle atomerne i krystallen. Ægte krystalgitter kan repræsenteres som en samling af flere Bravais-gitre skubbet ind i hinanden.

Fysiske typer af krystaller.

Baseret på typen af ​​partikler, som krystalgitteret er bygget af, og arten af ​​interaktionskræfterne mellem dem, skelnes ioniske, atomare, metalliske og molekylære krystaller.

1. Ioniske krystaller. Positive og negative ioner er placeret skiftevis ved krystalgitterets noder. Disse ioner tiltrækkes af hinanden af ​​elektrostatiske (Coulomb) kræfter. Eksempel: Stensaltgitter
(Fig. 11.1).

2. Atomiske krystaller. Typiske repræsentanter er grafit og diamant. Forbindelse mellem atomer - kovalent. I dette tilfælde er hver af valenselektronerne inkluderet i et elektronpar, der forbinder dette atom med en af ​​dets naboer.

3. Metal krystaller. Ristene består af positivt ladede ioner, mellem hvilke er "frie" elektroner. Disse elektroner er "kollektiviserede" og kan betragtes som en slags "elektrongas". Elektroner spiller rollen som "cement" og holder "+" ionerne, ellers ville gitteret gå i opløsning. Ioner holder elektroner i gitteret.

4. Molekylære krystaller. Et eksempel er is. Der er molekyler i knuderne, som hænger sammen af van der Waals styrker, dvs. kræfter interaktion molekylær elektriske dipoler.

Der kan være flere typer bindinger på samme tid (for eksempel i grafit - kovalent, metallisk og van der Waals).

Fejl i krystaller.

I rigtige krystalgitre er der afvigelser fra det ideelle arrangement af atomer i de gitter, vi hidtil har overvejet. Alle sådanne afvigelser kaldes gitterdefekter.

Punktfejl- dem, hvori kortrækkende orden er forstyrret:

1 – fravær af et atom på noget sted (ledig stilling) (fig. 11.2);
2 - udskiftning af eget atom med "fremmede" (fig. 11.3);
3 – introduktion af sit eget eller en andens atom i det interstitielle rum (fig. 11.4)

En anden type defekt er dislokationer- lineære defekter i krystalgitteret, krænker den korrekte vekslen af ​​atomplaner. De forstyrre lang rækkefølge, forvrænger hele dens struktur. De spiller en vigtig rolle i faste stoffers mekaniske egenskaber. De enkleste typer dislokationer er kant og skrue. I tilfælde af en kantdislokation skubbes et ekstra krystallinsk plan mellem tilstødende lag af atomer (fig. 11.5).

I tilfælde af en skrueforskydning forskydes en del af krystalgitteret i forhold til et andet (fig. 11.6)

Mekaniske egenskaber af krystaller.

Mekanisme af plastisk deformation. Grundlaget for plastisk deformation af metaller er bevægelse af dislokationer. Essensen af ​​plastisk deformation er forskydning, som et resultat af hvilken en del af krystallen forskydes i forhold til en anden på grund af glidning af dislokationer. I fig. 11.7 (a, b, c) viser bevægelsen af ​​en kantdislokation med formationen enhedsskiftetrin.

Bemærk, at atomerne i virkeligheden hopper til nye positioner i små grupper én ad gangen. Denne alternative bevægelse af atomer kan repræsenteres som bevægelsen af ​​en dislokation. Dislokationer forårsager at plastisk deformation af rigtige krystaller sker under påvirkning af spændinger, der er flere størrelsesordener lavere end dem, der beregnes for ideelle krystaller. Men hvis dislokationsdensiteten og urenhedskoncentrationen er høj, så fører dette til stærk deceleration af dislokationer og ophør af deres bevægelse. Som følge heraf, paradoksalt nok, styrken af ​​materialet øges.

Trækspænding. Hookes lov.

Arten af ​​ændringen i de kræfter, der forbinder atomer i et fast stof afhængigt af afstanden mellem dem, er kvalitativt den samme som i gasser og væsker (fig. 11.8). Hvis til stanglængden og tværsnit anvende kraft
(Fig. 11.9), så vil stangen under påvirkning af denne kraft forlænges med en vis mængde
. Hvori afstandene mellem naboatomer langs stangens akse vil stige med en vis mængde
(Fig. 11.8). Forlængelse af hele kæden af ​​atomer
forbundet med
indlysende sammenhæng:

(*) (Hvor – afstand mellem naboatomer ved ). Når atomer forskydes fra deres ligevægtspositioner, opstår der tiltrækningskræfter mellem dem , og :

stiger med stigende

Lad os først udføre en kvalitativ undersøgelse ved hjælp af eksemplet med en sæbeboble. Hvis vi åbner enden af ​​røret i færd med at blæse en boble, vil vi se, at boblen, der er placeret i dens ende, vil falde i størrelse og blive trukket ind i røret. Da luften fra den åbne ende kommunikerede med atmosfæren, for at opretholde sæbeboblens ligevægtstilstand, var det nødvendigt, at trykket indeni var større end ydersiden. Hvis du forbinder røret til et monometer, registreres en vis niveauforskel på det - overtryk DP i gassens volumetriske fase på den konkave side af bobleoverfladen.

Lad os etablere et kvantitativt forhold mellem DP og krumningsradius af overfladen 1/r mellem to volumetriske faser, der er i en ligevægtstilstand og adskilt af en sfærisk overflade. (f.eks. en gasboble i en væske eller en dråbe væske i dampfasen). For at gøre dette bruger vi det generelle termodynamiske udtryk for fri energi under betingelsen T = const og fravær af overførsel af stof fra en fase til en anden dn i = 0. I en ligevægtstilstand, variationer i overfladen ds og volumen dV er mulige. Lad V stige med dV og s med ds. Derefter:

dF = - P 1 dV 1 - P 2 dV 2 + sds.

I ligevægt er dF = 0. Under hensyntagen til, at dV 1 = dV 2, finder vi:

P1 - P2 = s ds/dV.

Så P 1 > P 2 . I betragtning af at V 1 = 4/3 p r 3, hvor r er krumningsradius, får vi:

Substitution giver Laplaces ligning:

P1 - P2 = 2s/r. (1)

I et mere generelt tilfælde, for en omdrejningsellipsoide med hovedkrumningsradier r 1 og r 2, er Laplaces lov formuleret:

Pi-P2 = s/(1/R1-1/R2).

For r 1 = r 2 får vi (1), for r 1 = r 2 = ¥ (plan) P 1 = P 2 .

Forskellen DP kaldes kapillartryk. Lad os overveje den fysiske betydning og konsekvenser af Laplaces lov, som er grundlaget for teorier om kapillære fænomener. Ligningen viser, at trykforskellen i bulkfaserne stiger med stigende s og med aftagende krumningsradius. Jo højere dispersionen er, jo større er det indre tryk af en væske med en sfærisk overflade. For eksempel, for en dråbe vand i dampfasen ved r = 10 -5 cm, DP = 2. 73. 10 5 dyn/cm 2 » 15 kl. Således er trykket inde i dråben sammenlignet med dampen 15 atm højere end i dampfasen. Det skal huskes, at uanset aggregeringstilstand faser, i en tilstand af ligevægt, er trykket på den konkave side af overfladen altid større end på den konvekse side Uran giver grundlag for den eksperimentelle måling af s ved metoden med maksimalt bobletryk. En af de vigtigste konsekvenser af eksistensen af ​​kapillartryk er stigningen af ​​væske i kapillæren.

Kapillære fænomener observeres i væskeholdige

I smalle kar, hvor afstanden mellem væggene er i forhold til væskeoverfladens krumningsradius. Krumning opstår som et resultat af væskens vekselvirkning med karrets vægge. En væskes specifikke opførsel i kapillærkar afhænger af, om væsken væder eller ikke befugter beholderens vægge, mere præcist af værdien af ​​kontaktvinklen.

Lad os overveje placeringen af ​​væskeniveauerne i to kapillærer, hvoraf den ene har en lyofil overflade, og derfor er dens vægge befugtet, og den anden har en lyofob overflade og er ikke befugtet. I det første kapillær har overfladen negativ krumning. Yderligere Laplace-tryk har tendens til at strække væsken. (trykket er rettet mod midten af ​​krumningen). Trykket under overfladen er lavere end trykket ved den flade overflade. Som et resultat opstår der en flydende kraft, der løfter væsken i kapillæren, indtil vægten af ​​søjlen afbalancerer den virkende kraft. , væsken i kapillæren falder ned.

Ved ligevægt er Laplace-trykket lig med det hydrostatiske tryk af en væskesøjle med højden h:

DP = ± 2s/r = (r - r o) gh, hvor r, r o er tæthederne af væske- og gasfasen, g er tyngdeaccelerationen, r er meniskens radius.

For at relatere højden af ​​kapillærstigningen til befugtningskarakteristikken, vil meniskens radius blive udtrykt ved befugtningsvinklen Q og kapillærradius r 0. Det er klart, at r 0 = r cosQ, højden af kapillærstigningen vil blive udtrykt i formen (Jurins formel):

h = 2sсosQ / r 0 (r - r 0)g

I fravær af befugtning Q>90 0, сosQ< 0, уровень жидкости опускается на величину h. При полном смачивании Q = 0, сosQ = 1, в этом случае радиус мениска равен радиусу капилляра. Измерение высоты капиллярного поднятия лежит в основе одного из наиболее точных методов определения поверхностного натяжения жидкостей.

Den kapillære stigning af væsker forklarer en række velkendte fænomener og processer: imprægneringen af ​​papir og stoffer er forårsaget af den kapillære stigning af væske i porerne. Vandtætheden af ​​stoffer er sikret af deres hydrofobicitet - en konsekvens af negativ kapillærstigning. Stigningen af ​​vand fra jorden sker på grund af jordens struktur og sikrer eksistensen af ​​jordens vegetation, stigningen af ​​vand fra jorden langs planternes stammer sker på grund af træets fibrøse struktur, blodcirkulationsprocessen i blodkarrene, fugtstigning i bygningens vægge (der lægges vandtætning) mv.

Termodynamisk reaktivitet (t.r.s.).

Karakteriserer et stofs evne til at omdannes til en anden tilstand, for eksempel til en anden fase, eller indgå i en kemisk reaktion. Det angiver afstanden af ​​et givet system fra ligevægtstilstanden under givne forhold. T.r.s. er bestemt af kemisk affinitet, som kan udtrykkes ved en ændring i Gibbs-energien eller en forskel i kemiske potentialer.

R.s afhænger af graden af ​​spredning af stoffet. En ændring i spredningsgraden kan føre til et faseskift eller kemisk ligevægt.

Den tilsvarende stigning i Gibbs energi dG d (på grund af en ændring i spredning) kan repræsenteres som en kombineret ligning af termodynamikkens første og anden lov: dG d = -S dT + V dp

For et enkelt stof V =V mol og ved T = const har vi: dG d = V mol dp eller DG d = V mol Dp

Ved at indsætte Laplace-relationen i denne ligning får vi dG d = s V mol ds/dV

for sfærisk krumning: dG d =±2 s V mol/r (3)

Ligningerne viser, at stigningen reaktivitet, forårsaget af en ændring i dispersion, er proportional med krumningen af ​​overfladen eller dispersionen.

Hvis overgangen af ​​et stof fra den kondenserede fase til den gasformige fase overvejes, så kan Gibbs-energien udtrykkes i form af damptryk, idet det tages som ideelt. Så er den yderligere ændring i Gibbs-energien forbundet med ændringen i spredning:

dG d = RT ln (p d / p s) (4), hvor p d og p s - tryk mættet damp over buede og glatte overflader.

Ved at erstatte (4) med (3) får vi: ln (p d / p s) = ±2 s V mol /RT r

Forholdet kaldes Kelvin-Thomson-ligningen. Af denne ligning følger, at ved positiv krumning vil det mættede damptryk over en buet overflade være større, jo større krumningen er, dvs. mindre faldradius. For eksempel, for en dråbe vand med en radius r = 10 -5 cm (s = 73, V mol = 18) p d / p s = 0,01, dvs. 1%. Denne konsekvens af Kelvin-Thomson-loven giver os mulighed for at forudsige fænomenet isotremisk destillation, som består i fordampning af de mindste dråber og kondensering af damp på større dråber og på en flad overflade.

Med negativ krumning, som opstår i kapillærer under befugtning, opnås et omvendt forhold: det mættede damptryk over den buede overflade (over dråben) falder med stigende krumning (med aftagende kapillarradius). Således, hvis en væske fugter en kapillar, så sker kondensering af dampe i kapillæren ved lavere tryk end på en flad overflade. Det er derfor, Kelvins ligninger ofte kaldes ligningen for kapillær kondensation.

Lad os overveje effekten af ​​partikeldispersion på deres opløselighed. Under hensyntagen til, at ændringen i Gibbs-energien udtrykkes gennem opløseligheden af ​​et stof i forskellige dispergerede tilstande svarende til forhold (4), får vi for ikke-elektrolytter:

ln(c d /c a) = ±2 s V mol /RT r hvor c d og ca er opløseligheden af ​​stoffet i en stærkt dispergeret tilstand og opløseligheden i ligevægt med store partikler af dette stof

For en elektrolyt, der dissocierer til n ioner i opløsning, kan vi skrive (forsømmer aktivitetskoefficienterne):

ln(a d /a s) = n ln (c d /c s) = ±2 s V mol /RT r, hvor a d og a s er aktiviteterne af elektrolytten i opløsninger mættede i forhold til den stærkt dispergerede og groft dispergerede tilstand. Ligningerne viser, at med stigende dispersion øges opløseligheden eller partiklernes kemiske potentiale sprede systemet større end for en stor partikel med 2 s V mol/r. Samtidig afhænger opløseligheden af ​​fortegnet på overfladekrumningen, hvilket betyder, at hvis partiklerne i et fast stof har uregelmæssig form med positiv og negativ krumning og er i en mættet opløsning, så vil områder med positiv krumning opløses, og områder med negativ krumning vil vokse. Som følge heraf får det opløste stofs partikler over tid en meget specifik form, der svarer til ligevægtstilstanden.

Graden af ​​spredning kan også påvirke ligevægten kemisk reaktion: - DG 0 d = RT ln (K d / K), hvor DG 0 d er stigningen i kemisk affinitet på grund af dispersitet, Kd og K er ligevægtskonstanterne for reaktioner, der involverer dispergerede og ikke-dispergerede stoffer.

Med stigende dispersion øges aktiviteten af ​​komponenterne, og i overensstemmelse hermed ændres den kemiske ligevægtskonstant i den ene eller den anden retning, afhængigt af spredningsgraden af ​​udgangsstofferne og reaktionsprodukterne. For eksempel til nedbrydningsreaktionen af ​​calciumcarbonat: CaCO 3 « CaO + CO 2

En stigning i spredningen af ​​det initiale calciumcarbonat flytter ligevægten til højre, og trykket af kuldioxid over systemet stiger. Forøgelse af spredningen af ​​calciumoxid fører til det modsatte resultat.

Af samme grund svækkes forbindelsen mellem krystallisationsvandet og stoffet med stigende spredning. Altså en makrokrystal af Al 2 O 3. 3 H 2 O afgiver vand ved 473 K, mens det krystallinske hydrat i et bundfald af partikler af kolloid størrelse nedbrydes ved 373 K. Guld vekselvirker ikke med saltsyre, og kolloidt guld opløses i det. Groft dispergeret svovl reagerer ikke mærkbart med sølvsalte, og kolloidt svovl danner sølvsulfid.

Væskeoverfladens krumning ved karrets kanter er især tydeligt synlig i smalle rør, hvor hele væskens frie overflade er buet. I rør med et smalt tværsnit er denne overflade en del af en kugle, den kaldes menisk. En befugtende væske danner en konkav menisk (fig. 1, a), mens en ikke-vædende væske danner en konveks menisk (fig. 1, b).

Da overfladearealet af menisken er større end rørets tværsnitsareal, under påvirkning af molekylære kræfter har den buede overflade af væsken tendens til at rette sig ud.

Overfladespændingskræfter skaber yderligere (laplacian) tryk under væskens buede overflade.

Til beregning overtryk Lad os antage, at væskens overflade har form som en kugle med radius R (fig. 2.a), hvorfra et kugleformet segment mentalt er afskåret, hvilende på en cirkel med radius .

Hvert uendeligt lille element i længden af ​​denne kontur påvirkes af en overfladespændingskraft, der tangerer kuglens overflade, hvis modul er . Lad os dekomponere vektoren i to kraftkomponenter. Fra figur 2, a ser vi, at den geometriske sum af kræfter for to udvalgte diametralt modstående elementer er lig nul. Derfor rettes overfladespændingskraften vinkelret på snitplanet ind i væsken (fig. 2, c) og dens modul er lig med

Overtrykket skabt af denne kraft

hvor er arealet af bunden af ​​det sfæriske segment. Derfor

Hvis overfladen af ​​væsken er konkav, så ledes overfladespændingskraften ud af væsken (fig. 2, b), og trykket under væskens konkave overflade er mindre end under den flade overflade med samme mængde. Denne formel bestemmer Laplace-trykket i tilfælde af en sfærisk fri overflade af væsken. Det er et særligt tilfælde af Laplaces formel, som bestemmer overtrykket for en vilkårlig væskeoverflade med dobbelt krumning:

hvor er krumningsradierne af to indbyrdes vinkelrette normale afsnit væskens overflade. Krumningsradius er positiv, hvis krumningscentret for den tilsvarende sektion er inde i væsken, og negativ, hvis krumningscentrum er uden for væsken. Til cylindrisk overflade overtryk.

Hvis du placerer et smalt rør ( kapillær) den ene ende i en væske hældt i en bred beholder, så på grund af tilstedeværelsen af ​​Laplace-trykkraften, stiger væsken i kapillæren (hvis væsken er fugtig) eller falder (hvis væsken ikke er fugtig) (fig. 3, a, b), da under væskens flade overflade i Der er intet overtryk i en bred beholder.