Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ - избыток(по сравнению с объёмными фазами) энергии поверхностного слоя между соприкасающимисяфазами, приходящийся на единицу площади разделяющей поверхности. Если последняяделит двухфазную систему А - В на части с объёмами V _А и V_B, то П. э. равна где U - внутр. энергия системы, и ^{А, <В} - плотностиэнергии в объёме фаз А и В. Аналогично определяются поверхностнаяэнтропия свободная П. э.и др. поверхностные термодинамич. потенциалы. Их численные значения зависятот положения разделяющей поверхности, к-рое для плоских поверхностей обычновыбирается из условия равенства нулю адсорбции одного из компонентов (эквимолекулярнаяповерхность). В однокомпонентной системе уд. П. э.и уд. свободная П. э. (см. Поверхностное натяжение )связаны ур-нием Гиббса - Гельмгольца:

Для границы жидкость - газ - уд. поверхностная энтропия) и В отличие от поверхностного натяжения П. э. слабо зависит от темп-ры.

Свободная П. э. определяет работу образованиязародышей новой фазы и свободную энергию акттвации процесса фазового превращения. <Существование свободной П. э. и поверхностного натяжения является причинойвозникновения метастабильных состояний (состояний переохлаждения, <пересыщения). Свободная П. э. определяет процессы диспергпрования, адгезиии смачивания. При низком значении свободной П. э. возникает самопроизвольноедиспергпрованпе фаз, происходящее, напр., вблизи критич. состояния. Присмачивании погружением изменение свободной П. э. определяет работу смачивания(правило Дюпре). При неполном смачивании свободная П. э., входя в ур-ниеЮнга, определяет равновесную форму капли или пузыря и величину краевогоугла (см. Смачивание).

Равновесная форма анизотропного тела вобщем случае определяется минимумом свободной П. э. при заданном объёметела V (принцип Гиббса - Кюри):

V =const (суммирование по всем возможным i поверхностямс площадями А _i). Согласно правилу Вульфа (1895), вытекающемуиз принципа Гиббса - Кюри, равновесная форма монокристалла характеризуетсяналичием точки (точки Вульфа), расстояния h_i от к-ройдо граней кристалла пропорциональны их свободным П. э.:= const. Чем выше свободная П. э. грани, тем меньше её вклад в свободнуюП. э. всего кристалла. В соответствии с принципом Гиббса - Кюри для изотропноготела равновесная форма - шарообразная, она присуща каплям и пузырям в отсутствиевнеш. полей. Этот принцип определяет также форму мицелл (см. Поверхностно-активныевещества, Полимеры).

Кроме П. э. и её аналогов в термодинамикеповерхностных явлений рассматриваются характеристики межфазных линий, к-рыемогут возникать как при пересечении поверхностей, так и в пределах однойповерхности, если на ней происходит двумерный фазовый переход. Избытокэнергии на межфазной линии называют линейной энергией. Существуют понятиялинейной свободной энергии и др. одномерных аналогов поверхностных величин. <Свободная линейная энергия влияет на кинетику двумерных фазовых превращений, <кинетику гетерогенной нуклеации, определяет краевой угол малых капель ипузырьков на жидкой и твёрдой поверхности. Линейная свободная энергия вноситвклад в формирование равновесной формы малых кристаллов.

Лит.: Русанов А. И., Фазовые равновесияи поверхностные явления, Л., 19С7; Гиббс Д. В., Термодинамика. Статистическаямеханика, пер. с англ., М., 1982; Роулинсон Дж., Уидом Б., Молекулярнаятеория капиллярности, пер. с англ., М., 1986.

А. И. Русанов.