Hvor oppstår kapillærfenomener i naturen? Fukting og kapillaritet

Kapillaritet (fra lat. Capillaris - hår) - fysiske fenomen, som består i væskes evne til å endre nivået i rør, smale kanaler med vilkårlig form og porøse kropper. En økning i væske oppstår i tilfeller der kanaler fuktes av væsker, for eksempel vann i glassrør, sand, jord osv. En nedgang i væske oppstår i rør og kanaler som ikke fuktes av væske, for eksempel kvikksølv i en glassrør. Livsaktiviteten til dyr og planter, kjemiske teknologier og hverdagslige fenomener (for eksempel å løfte parafin langs veken i en parafinlampe, tørke av hendene med et håndkle) er basert på kapillaritet. Jordkapillaritet bestemmes av hastigheten som vannet stiger i jorda og avhenger av størrelsen på mellomrommene mellom jordpartiklene. Kapillærer er tynne rør, så vel som de tynneste karene i menneskekroppen og andre dyr.

Krumningen av den flytende menisken er spesielt godt observert i tynne rør kalt kapillærer. Hvis en kapillær senkes ned i et kar med væske, hvis vegger blir fuktet av væsken, stiger væsken langs kapillæren til en viss høyde h(Fig. 50.1). Dette forklares av det faktum at krumningen av væskeoverflaten forårsaker ytterligere molekylært trykk. Hvis overflaten er konveks og har en sfærisk form, vil tilleggstrykket være

Figur 50.1

Ved en konveks menisk (r > 0) er det totale trykket større enn atmosfærisk trykk og væsken går ned gjennom 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 tettheten til væsken; g er tyngdeakselerasjonen, r er radiusen til kapillæren, R er krumningsradiusen til menisken.

Høyde på stigning (nedstigningsdybde) av væske i kapillæren:

.

§ 51. Fenomenet kapillaritet i hverdagsliv, natur og teknologi

Fenomenet kapillaritet i hverdagen spiller en stor rolle i en lang rekke prosesser som forekommer i naturen. For eksempel skyldes inntrengning av fuktighet fra jord inn i planter, stilker og blader kapillaritet. Planteceller danner kapillærkanaler, og jo mindre radius kapillæren har, jo høyere stiger væsken gjennom den. Blodsirkulasjonsprosessen er også assosiert med kapillaritet. Blodkar er kapillærer.

Jordkapillaritet er spesielt viktig. Gjennom de minste karene blandes fuktighet fra dypet til overflaten av jorda. Hvis de vil redusere fordampningen av fuktighet, løsnes jorda og ødelegger kapillærene. For å øke strømmen av fuktighet fra dypet, rulles jorden, noe som øker antallet kapillærkanaler. Innen teknologi er kapillærfenomener av stor betydning i tørkeprosesser og i konstruksjon.

§ 52. Trykk under en buet overflate av en væske

En sfærisk konveks overflate produserer ytterligere trykk på væsken forårsaket av indre spenningskrefter rettet inn i væsken, R er radiusen til kulen. Hvis overflaten til en væske er konkav, blir den resulterende kraften av overflatespenning rettet ut av væsken og trykket inne i væsken.

For høyt trykk inne i en såpebobleradius R forårsaket av virkningen av begge overflatelagene av en tynn sfærisk såpefilm:

Figur 52.1

I det generelle tilfellet er overtrykk for en vilkårlig væskeoverflate beskrevet av Laplaces formel:

, (52.1)

hvor og er krumningsradiene til to innbyrdes perpendikulære seksjoner av væskeoverflaten ved et gitt punkt.

Krumningsradius er positiv hvis krumningssenteret til den tilsvarende seksjonen er inne i væsken, og negativ hvis krumningssenteret er utenfor væsken.

Leksjonens mål:

• studie av de viktigste fenomenene og egenskapene til naturen - fuktende, ikke-fuktende, kapillære fenomener.

Leksjonens mål:

Pedagogisk: utdyping i fenomenene fukting og ikke-fukting, så vel som kapillariteten til væsker, for å lære omfanget av deres anvendelse;

Utviklingsmessig: å utvikle seg hos elevene kreativ tenking og tale;

Nøkkelord:

Fukting er et overflatefenomen som består i samspillet mellom overflaten fast(annen væske) med væske.

Kontaktvinkel (viser graden av fukting)- dette er vinkelen som dannes av tangentplan til grenseflateflatene som begrenser fuktevæsken, mens vinkelens toppunkt ligger på delelinjen til de tre fasene.

Videoen viser kapillærstrømmen av væske

Krumning av overflaten fører til utseendet av ytterligere kapillærtrykk i væsken Dp, hvis verdi er relatert til overflatens gjennomsnittlige krumning r ved Laplace-ligningen: Dp = p1 – p2 = 2s12/r, hvor (s12 er overflatespenningen ved grenseflaten til to medier p1 og p2 er trykket i væske 1 og medium 2 i kontakt med den.

Bruksområder Fukting kan forklare bruken av vaskemidler, hvorfor hender som er dekket av olje eller fett er lettere å vaske av med bensin enn med vann, samt hvorfor gjess kommer tørre ut av vann osv. Forklaringen på kapillærfenomener forekommer i bevegelsen av vann i planter og kapillærer. Og også ved dyrking av jorda. For eksempel: bevare fuktighet ved å løsne, etc., ødelegge kapillærer. Og også kapillærfenomenet kan forklare elektriske og kjernefysiske fenomener, lar deg oppdage sprekker med en åpning på 1 mikron, som ikke kan sees med det blotte øye.

Konklusjoner.

Vi lever i de flestes verden fantastiske fenomener natur. Det er mange av dem. Vi møter dem hver dag uten å tenke på essensen. Men mennesket, som et intelligent fenomen, må forstå essensen av disse fenomenene. Slike fenomener som fuktende og ikke-fuktende, kapillære fenomener er svært utbredt i teknologi og natur. De er uunnværlige i Hverdagen og i å løse vitenskapelige og tekniske problemer. Denne kunnskapen gir oss svar på mange spørsmål. For eksempel hvorfor en dråpe dukker opp i fri flukt eller hvorfor planeter og stjerner har en sfærisk form er noen faste legemer godt fuktet av væske, mens andre ikke er det. Hvorfor kan kapillærfenomener absorbere næringsstoffer, fuktighet fra jorden til planterøtter, eller hvorfor blodsirkulasjonen i dyreorganismer er basert på kapillære fenomener osv.

Kontrollblokk:

1. Hva er en kapillær?

2.Hvordan gjenkjenne væting og ikke-væting?

3.Gi et eksempel på fukting.

4.Hva er kapillærfenomen?

5. Gi et eksempel på ikke-fukting.

Hjemmelekser.

Robot fremgang

1.Plasser dråper vann og olje på glass, aluminium, kobber, parafinplater.

2. Skisser formene på dråpene.

3.Se på dråpene og trekk konklusjoner om forholdet mellom molekylene til et fast stoff og en væske.

4. Legg inn disse resultatene i en tabell.

5.Tilsett litt olivenolje i blandingen av vann og sparta ved hjelp av en sprøyte.

6. Før en ledning gjennom midten av oljekulen og roter den.

7. Legg merke til hvordan formen på dråpen endres.

8. Trekk konklusjoner om formen på væskeoverflaten.

Vannfilmen som er på overflaten gir støtte for mange organismer når de beveger seg. Det er observert i små insekter og edderkoppdyr. De mest kjente for oss er vannstridere, som hviler på vannet bare med endesegmentene av bena med stor avstand. Foten, som er dekket med et voksaktig belegg, blir ikke fuktet av vann. Overflatelaget av vann bøyer seg under trykk fra foten, og det dannes små fordypninger. (Figur 6) Fjærene og dunen til vannfugler er alltid rikt smurt med fettsekret fra spesielle kjertler. Dette forklarer deres vanntetthet. Et tykt luftlag, som ligger mellom fjærene til en and og ikke fortrenges derfra av vann, beskytter ikke bare anda mot varmetap, men øker også oppdriftsreserven.

Eksistensen av fukting og kontaktvinkel fører til krumning av væskeoverflaten nær karets vegger. Hvis væsken fukter veggene, har overflaten en konkav form hvis den ikke gjør det, er den konveks. Denne typen buet overflate av en væske kalles en menisk. (Fig. 10.11)

Fukting	Ikke fuktende

Under en buet overflate i en kapillær vil trykket avvike fra trykket under en flat overflate med mengden
. Mellom væsken i kapillæren og i et bredt kar etableres en slik nivåforskjell slik at hydrostatisk trykk
balansert kapillærtrykk
. I tilfelle av en sfærisk menisk

. Krumningsradiusen til menisken kan uttrykkes gjennom kontaktvinkelen og kapillærradius r
, Deretter
,

Ved fukting
Og høyden på væskestigning i en kapillær jo større jo mindre er kapillærradiusr .

Kapillærfenomenet tar en eksepsjonell rolle i menneskelivet. Tilførsel av fuktighet til planter og trær skjer nettopp ved hjelp av kapillærer, som finnes i hver plante. Kapillærfenomener kan også spille en negativ rolle. For eksempel innen konstruksjon. Behovet for å vanntette bygningsfundamenter er forårsaket av kapillære fenomener.

Spørsmål for selvkontroll

1. Beskriv væsketilstanden sammenlignet med krystaller og gasser.

2. Hva er lang rekkevidde og kort rekkevidde rekkefølge?

3.Hva lar den radielle fordelingsfunksjonen deg gjøre? Tegn den for krystaller, væsker og gasser.

4. Hva er overflatespenningskoeffisient?

6. Hva er fukting? Hva er et mål på fukting? Gi eksempler på prosesser som krever god fukting.

7.Hva bestemmer høyden på væsken som stiger opp i kapillæren?

Forelesning nr. 5 (11)

Egenskaper til faste stoffer

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

defekter i krystaller.

2. Mekaniske egenskaper til krystaller. Mekanismen for plastisk deformasjon

sjoner. Elastisk strekkdeformasjon. Hookes lov.

Amorfe og krystallinske legemer.

I amorfe kropper finnes lukke rekkefølge arrangement av atomer. Krystaller ha på lang vei arrangement av atomer. Amorf kropp isotropisk, krystallinsk – anisotropisk.

Under kjøling og oppvarming er kurvene for temperatur kontra tid forskjellige for amorfe og krystallinske legemer. For amorfe legemer kan overgangen fra flytende til fast stoff være titalls grader. For krystaller er smeltepunktet konstant. Det kan være tilfeller hvor det samme stoffet, avhengig av kjøleforholdene, kan oppnås i både en krystallinsk og en amorf fast tilstand. For eksempel glass veldig langsom avkjøling smelte kan krystallisere. I dette tilfellet vil refleksjon og spredning av lys oppstå ved grensene til de små krystallene som dannes, og det krystalliserte glasset mister sin gjennomsiktighet.

Krystallcelle. Hovedegenskapen til krystaller er regelmessigheten til arrangementet av atomer i dem. Settet med punkter der atomer (mer presist, atomkjerner) er lokalisert omtales som krystallgitter, og selve punktene kalles gitternoder.

Hovedkarakteristikken til krystallgitteret er romlig periodisitet dens struktur: krystallen ser ut til å bestå av repeterende deler(celler).

Vi kan bryte krystallgitteret i nøyaktig identiske parallellepipeder som inneholder samme antall atomer med lik avstand. Krystallen representerer sett med parallellepipeder, parallelt forskjøvet i forhold til hverandre. Hvis du flytter krystallgitteret parallelt med seg selv med en avstand på kantens lengde, vil gitteret rette seg etter seg selv. Disse forskyvningene kalles sendinger, og symmetrien til gitteret med hensyn til disse forskyvningene sies å være translasjonssymmetri(parallell translasjon, rotasjon om en akse, speilrefleksjon osv.).

Hvis det er et atom i toppunktet til en elementær celle, må de samme atomene åpenbart være lokalisert ved alle andre toppunkter i denne og andre celler. En samling av identiske og identisk plasserte atomer kalles Bravais gitter av denne krystallen. Hun forestiller seg krystallgitterskjelett, som personifiserer hele dens translasjonssymmetri, dvs. all dens periodisitet.

Klassifisering av ulike typer krystallsymmetri er først og fremst basert på klassifisering forskjellige typer Bravais-rister.

Det mest symmetriske Bravais-gitteret er et gitter med symmetrien Cuba(kubikksystem). Det er tre forskjellige

Bravais gitter relatert til det kubiske systemet: enkel
	kroppssentrert(i midten av kuben er det et atom), ansiktssentrert (bortsett fra atomene ved hjørnene - det er også et atom i

sentre for alle ansiktene deres). I tillegg til kubikk er det tetragonale, rombiske, monokliniske og andre (vi vil ikke vurdere).

Bravais-gitteret inkluderer generelt ikke alle atomene i krystallen. Ekte krystallgitter kan representeres som en samling av flere Bravais-gitter skjøvet inn i hverandre.

Fysiske typer krystaller.

Basert på typen partikler som krystallgitteret er bygget av, og arten av interaksjonskreftene mellom dem, skilles ioniske, atomære, metalliske og molekylære krystaller.

1. Ioniske krystaller. Positive og negative ioner er lokalisert vekselvis ved nodene til krystallgitteret. Disse ionene blir tiltrukket av hverandre av elektrostatiske (Coulomb) krefter. Eksempel: Steinsaltgitter
(Fig. 11.1).

2. Atomkrystaller. Typiske representanter er grafitt og diamant. Forbindelse mellom atomer - kovalent. I dette tilfellet er hvert av valenselektronene inkludert i et elektronpar som forbinder dette atomet med en av naboene.

3. Metallkrystaller. Ristene består av positivt ladede ioner, mellom hvilke er "frie" elektroner. Disse elektronene er "kollektivisert" og kan betraktes som en slags "elektrongass". Elektroner spiller rollen som "sement", og holder på "+" -ionene, ellers ville gitteret gå i oppløsning. Ioner holder elektroner inne i gitteret.

4. Molekylære krystaller. Et eksempel er is. Det er molekyler i nodene, som henger sammen av van der Waals styrker, dvs. krefter interaksjoner molekylær elektriske dipoler.

Det kan være flere typer bindinger samtidig (for eksempel i grafitt - kovalent, metallisk og van der Waals).

Defekter i krystaller.

I ekte krystallgitter er det avvik fra det ideelle arrangementet av atomer i gittrene vi har vurdert så langt. Alle slike avvik kalles gitterdefekter.

Punktfeil- de der kort rekkevidde er forstyrret:

1 – fravær av et atom på noe sted (ledig stilling) (fig. 11.2);
2 - erstatning av eget atom med "fremmede" (fig. 11.3);
3 – introduksjon av eget eller andres atom i det interstitielle rommet (fig. 11.4)

En annen type defekt er dislokasjoner- lineære defekter i krystallgitteret, brudd på riktig veksling av atomplan. De forstyrre lang rekkevidde, forvrenger hele strukturen. De spiller en viktig rolle i de mekaniske egenskapene til faste stoffer. De enkleste typer dislokasjoner er kant og skrue. Ved kantdislokasjon skyves et ekstra krystallinsk plan mellom tilstøtende lag med atomer (fig. 11.5).

Ved skrueforskyvning forskyves en del av krystallgitteret i forhold til et annet (fig. 11.6)

Mekaniske egenskaper til krystaller.

Mekanisme for plastisk deformasjon. Grunnlaget for plastisk deformasjon av metaller er bevegelse av dislokasjoner. Essensen av plastisk deformasjon er skjærkraft, som et resultat av at en del av krystallen forskyves i forhold til en annen på grunn av glidning av dislokasjoner. I fig. 11.7 (a, b, c) viser bevegelsen av en kantdislokasjon med formasjonen enhetsskifttrinn.

Legg merke til at i virkeligheten hopper atomene til nye posisjoner i små grupper en om gangen. Denne alternative bevegelsen av atomer kan representeres som bevegelsen av en dislokasjon. Dislokasjoner forårsaker at plastisk deformasjon av ekte krystaller skjer under påvirkning av spenninger som er flere størrelsesordener lavere enn de som er beregnet for ideelle krystaller. Men hvis dislokasjonstettheten og urenhetskonsentrasjonen er høy, så fører dette til sterk retardasjon av dislokasjoner og opphør av bevegelsen deres. Som et resultat, paradoksalt nok, styrken til materialet øker.

Strekkbelastning. Hookes lov.

Naturen til endringen i kreftene som forbinder atomer i et fast stoff, avhengig av avstanden mellom dem, er kvalitativt den samme som i gasser og væsker (fig. 11.8). Hvis til stanglengden og tverrsnitt bruke kraft
(Fig. 11.9), så under påvirkning av denne kraften vil stangen forlenges med en viss mengde
. Hvori avstandene mellom naboatomer langs stavens akse vil øke med en viss mengde
(Fig. 11.8). Forlenger hele kjeden av atomer
assosiert med
åpenbar sammenheng:

(*) (Hvor – avstand mellom naboatomer kl ). Når atomer fortrenges fra sine likevektsposisjoner, oppstår det attraktive krefter mellom dem , og øker med økende :

Ved fukting oppstår overflatekrumning, noe som endrer overflatelagets egenskaper. Eksistensen av overflødig fri energi på en buet overflate fører til såkalte kapillærfenomener - veldig unike og viktige.

La oss først utføre en kvalitativ undersøkelse ved å bruke eksemplet med en såpeboble. Hvis vi åpner enden av røret i ferd med å blåse en boble, vil vi se at boblen som ligger i enden vil avta i størrelse og bli trukket inn i røret. Siden luften fra den åpne enden kommuniserte med atmosfæren, for å opprettholde likevektstilstanden til såpeboblen, var det nødvendig at trykket inne var større enn utsiden. Hvis du kobler røret til et monometer, registreres en viss nivåforskjell på det - overtrykk DP i den volumetriske fasen av gassen på den konkave siden av bobleoverflaten.

La oss etablere et kvantitativt forhold mellom DP og krumningsradiusen til overflaten 1/r mellom to volumetriske faser som er i en likevektstilstand og atskilt av en sfærisk overflate. (for eksempel en gassboble i en væske eller en dråpe væske i dampfasen). For å gjøre dette bruker vi det generelle termodynamiske uttrykket for fri energi under betingelsen T = const og fravær av overføring av materie fra en fase til en annen dn i = 0. I en likevektstilstand, variasjoner i overflaten ds og volum dV er mulig. La V øke med dV og s med ds. Deretter:

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

I likevekt er dF = 0. Når vi tar i betraktning at dV 1 = dV 2, finner vi:

P 1 - P 2 = s ds/dV.

Så P 1 > P 2 . Tatt i betraktning at V 1 = 4/3 p r 3, hvor r er krumningsradius, får vi:

Bytte gir Laplaces ligning:

P 1 - P 2 = 2s/r. (1)

I et mer generelt tilfelle, for en omdreiningsellipsoide med hovedradier for krumning r 1 og r 2, er Laplaces lov formulert:

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 .

Forskjellen DP kalles kapillærtrykk. La oss vurdere den fysiske betydningen og konsekvensene av Laplaces lov, som er grunnlaget for teorier om kapillærfenomener. Ligningen viser at trykkforskjellen i bulkfasene øker med økende s og med avtagende krumningsradius. Jo høyere dispersjon, jo større er det indre trykket til en væske med en sfærisk overflate. For eksempel, for en dråpe vann i dampfasen ved r = 10 -5 cm, DP = 2. 73. 10 5 dyn/cm 2 "15 at. Dermed er trykket inne i dråpen sammenlignet med dampen 15 atm høyere enn i dampfasen. Det må huskes at uansett aggregeringstilstand faser, i en tilstand av likevekt, er trykket på den konkave siden av overflaten alltid større enn på den konvekse siden Uran gir grunnlaget for eksperimentell måling av s ved metoden med maksimalt bobletrykk. En av de viktigste konsekvensene av eksistensen av kapillærtrykk er økningen av væske i kapillæren.

Kapillærfenomener observeres i væskeholdige

I trange kar der avstanden mellom veggene er i samsvar med krumningsradiusen til væskeoverflaten. Krumning oppstår som et resultat av væskens vekselvirkning med karets vegger. Den spesifikke oppførselen til en væske i kapillærkar avhenger av om væsken fukter eller ikke fukter karets vegger, mer presist på verdien av kontaktvinkelen.

La oss vurdere plasseringen av væskenivåene i to kapillærer, hvorav den ene har en lyofil overflate og derfor er veggene fuktet, og den andre har en lyofob overflate og er ikke fuktet. I den første kapillæren har overflaten negativ krumning. Ytterligere Laplace-trykk har en tendens til å strekke væsken. (trykket er rettet mot midten av krumningen). Trykket under overflaten er lavere enn trykket på den flate overflaten. Som et resultat oppstår en flytende kraft som løfter væsken i kapillæren til vekten av kolonnen balanserer den virkende kraften. I den andre kapillæren er krumningen av overflaten positiv, ekstra trykk blir rettet inn i væsken. , væsken i kapillæren synker.

Ved likevekt er Laplace-trykket lik det hydrostatiske trykket til en væskesøyle med høyden h:

DP = ± 2s/r = (r - r o) gh, der r, r o er tetthetene til væske- og gassfasen, g er tyngdeakselerasjonen, r er radiusen til menisken.

For å relatere høyden på kapillærstigningen til fuktekarakteristikken, vil radiusen til menisken uttrykkes i form av fuktingsvinkelen Q og kapillærradiusen r 0. Det er klart at r 0 = r cosQ, høyden på kapillærstigningen vil uttrykkes i formen (Jurins formel):

h = 2sсosQ / r 0 (r - r 0)g

I fravær av fukting 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 stigningen av væsker forklarer en rekke kjente fenomener og prosesser: impregnering av papir og tekstiler er forårsaket av den kapillære stigningen av væske i porene. Vanntettheten til tekstiler er sikret av deres hydrofobicitet - en konsekvens av negativ kapillærstigning. Stigningen av vann fra jorda skjer på grunn av jordstrukturen og sikrer eksistensen av jordens vegetasjon, stigningen av vann fra jorda langs stammene til planter skjer på grunn av den fibrøse strukturen til tre, prosessen med blodsirkulasjon i blodårene, fuktstigning i bygningens vegger (vanntetting legges) etc.

Termodynamisk reaktivitet (t.r.s.).

Karakteriserer evnen til et stoff til å omdannes til en annen tilstand, for eksempel til en annen fase, eller gå inn i en kjemisk reaksjon. Den indikerer avstanden til et gitt system fra likevektstilstanden under gitte forhold. T.r.s. bestemmes av kjemisk affinitet, som kan uttrykkes ved en endring i Gibbs-energien eller en forskjell i kjemiske potensialer.

R.s avhenger av graden av spredning av stoffet. En endring i spredningsgraden kan føre til faseskift eller kjemisk likevekt.

Den tilsvarende økningen i Gibbs energi dG d (på grunn av en endring i dispersjon) kan representeres som en kombinert ligning av termodynamikkens første og andre lov: dG d = -S dT + V dp

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

Ved å erstatte Laplace-relasjonen i denne ligningen får vi dG d = s V mol ds/dV

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

Ligningene viser at inkrementet reaktivitet, forårsaket av en endring i dispersjon, er proporsjonal med krumningen av overflaten, eller dispersjonen.

Hvis overgangen til et stoff fra den kondenserte fasen til den gassformede fasen vurderes, kan Gibbs-energien uttrykkes i form av damptrykk, og tar det som ideelt. Da er den ekstra endringen i Gibbs-energien assosiert med endringen i dispersjon:

dG d = RT ln (p d / p s) (4), hvor p d og p s - trykk mettet damp over buede og flate overflater.

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

Forholdet kalles Kelvin-Thomson-ligningen. Av denne ligningen følger det at ved positiv krumning vil det mettede damptrykket over en buet overflate være større, jo større krumningen er, dvs. mindre fallradius. For eksempel, for en vanndråpe med en radius r = 10 -5 cm (s = 73, V mol = 18) p d / p s = 0,01, dvs. 1%. Denne konsekvensen av Kelvin-Thomson-loven tillater oss å forutsi fenomenet isotremisk destillasjon, som består i fordampning av de minste dråpene og kondensering av damp på større dråper og på en flat overflate.

Med negativ krumning, som oppstår i kapillærer under fukting, oppnås et omvendt forhold: det mettede damptrykket over den buede overflaten (over dråpen) avtar med økende krumning (med avtagende kapillærradius). Således, hvis en væske fukter en kapillær, oppstår kondensering av damper i kapillæren ved lavere trykk enn på en flat overflate. Dette er grunnen til at Kelvins ligninger ofte kalles ligningen for kapillærkondensasjon.

La oss vurdere effekten av partikkeldispersjon på deres løselighet. Når vi tar i betraktning at endringen i Gibbs-energien uttrykkes gjennom løseligheten til et stoff i forskjellige dispergerte tilstander som ligner på relasjon (4), får vi for ikke-elektrolytter:

ln(c d /c a) = ±2 s V mol /RT r hvor c d og ca er løseligheten til stoffet i en svært dispergert tilstand og løseligheten ved likevekt med store partikler av dette stoffet

For en elektrolytt som dissosieres til n ioner i løsning, kan vi skrive (forsømmer aktivitetskoeffisientene):

ln(a d /a s) = n ln (c d /c s) = ±2 s V mol /RT r, hvor a d og a s er aktivitetene til elektrolytten i oppløsninger mettet med hensyn til den sterkt dispergerte og grovt dispergerte tilstanden. Ligningene viser at med økende dispersjon øker løseligheten, eller det kjemiske potensialet til partikler spre systemet større enn for en stor partikkel med 2 s V mol/r. Samtidig avhenger løseligheten av tegnet på overflatekrumningen, som betyr at hvis partiklene til et fast stoff har uregelmessig form med positiv og negativ krumning og er i en mettet løsning, vil områder med positiv krumning løses opp, og områder med negativ krumning vil vokse. Som et resultat får partiklene til det oppløste stoffet over tid en veldig spesifikk form som tilsvarer likevektstilstanden.

Graden av spredning kan også påvirke likevekten kjemisk reaksjon: - DG 0 d = RT ln (K d / K), der DG 0 d er økningen i kjemisk affinitet på grunn av dispersitet, Kd og K er likevektskonstantene for reaksjoner som involverer dispergerte og ikke-dispergerte stoffer.

Med økende dispersjon øker aktiviteten til komponentene, og i samsvar med dette endres den kjemiske likevektskonstanten i en eller annen retning, avhengig av spredningsgraden av utgangsstoffene og reaksjonsproduktene. For eksempel, for dekomponeringsreaksjonen av kalsiumkarbonat: CaCO 3 « CaO + CO 2

En økning i spredningen av det innledende kalsiumkarbonatet forskyver likevekten til høyre, og trykket av karbondioksid over systemet øker. Å øke spredningen av kalsiumoksid fører til motsatt resultat.

Av samme grunn, med økende spredning, svekkes forbindelsen mellom krystallvannet og stoffet. Altså en makrokrystall av Al 2 O 3. 3 H 2 O gir fra seg vann ved 473 K, mens i et bunnfall av partikler av kolloidal størrelse spaltes det krystallinske hydratet ved 373 K. Gull interagerer ikke med saltsyre, og kolloidalt gull løses opp i det. Grovdispergert svovel reagerer ikke merkbart med sølvsalter, og kolloidalt svovel danner sølvsulfid.

Krumningen av væskeoverflaten ved kantene av karet er spesielt godt synlig i smale rør, hvor hele væskens frie overflate er buet. I rør med smalt tverrsnitt er denne overflaten en del av en kule kalles den menisk. En fuktende væske danner en konkav menisk (fig. 1, a), mens en ikke-fuktende væske danner en konveks menisk (fig. 1, b).

Siden overflatearealet til menisken er større enn tverrsnittsarealet til røret, under påvirkning av molekylære krefter har den buede overflaten til væsken en tendens til å rette seg ut.

Overflatespenningskrefter skaper ytterligere (laplacian) trykk under den buede overflaten av væsken.

For beregning overtrykk La oss anta at overflaten av væsken har form av en kule med radius R (fig. 2.a), hvorfra et kuleformet segment er mentalt avskåret, hvilende på en sirkel med radius .

Hvert uendelig lille element av lengden på denne konturen påvirkes av en overflatespenningskraft som tangerer overflaten av kulen, hvis modul er . La oss dekomponere vektoren i to kraftkomponenter. Fra figur 2, a ser vi at den geometriske summen av krefter for to utvalgte diametralt motstående elementer er lik null. Derfor rettes overflatespenningskraften vinkelrett på snittplanet inn i væsken (fig. 2, c) og dens modul er lik.

Overtrykket skapt av denne kraften

hvor er arealet av bunnen av det sfæriske segmentet. Derfor

Hvis overflaten av væsken er konkav, blir overflatespenningskraften rettet ut av væsken (fig. 2, b) og trykket under den konkave overflaten av væsken er mindre enn under den flate overflaten med samme mengde. Denne formelen bestemmer Laplace-trykket for tilfellet med en sfærisk fri overflate av væsken. Det er et spesielt tilfelle av Laplaces formel, som bestemmer overtrykket for en vilkårlig væskeoverflate med dobbel krumning:

hvor er krumningsradiene til to som er loddrett på hverandre normale seksjoner overflaten av væsken. Krumningsradius er positiv hvis krumningssenteret til den tilsvarende seksjonen er inne i væsken, og negativ hvis krumningssenteret er utenfor væsken. Til sylindrisk overflate overtrykk.

Hvis du plasserer et smalt rør ( kapillær) den ene enden i en væske som helles i et bredt kar, så på grunn av tilstedeværelsen av Laplace-trykkkraften, stiger væsken i kapillæren (hvis væsken er fuktig) eller faller (hvis væsken ikke er fuktig) (fig. 3, a, b), siden under den flate overflaten av væsken i det ikke er noe overtrykk i et bredt kar.