Поверхностная энергия Гиббса

При увеличении дисперсности увеличивается удельная поверхность частиц дисперсной фазы, большая часть всех молекул или атомов находится на поверхности раздела фаз в несимметричном силовом поле, что приводит к возникновению избыточной поверхностной энергии.
Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают дополнительной потенциальной энергией по сравнению с молекулами внутри жидкости – поверхностная энергия. Величина поверхностной энергии тем больше, чем больше площадь свободной поверхности.

W= σ*S

где σ-поверхностное натяжение, S – площадь поверхности раздела фаз

Равнодействующая сил, действующих на все молекулы, находящиеся на границе свободной поверхности – и есть сила поверхностного натяжения.
Она стремится сократить поверхность жидкости.

Поверхностное натяжение (σ) – удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства t.

Равно работе, которую нужно совершить для создания единицы поверхности. Дж/м2

Зависит от:
1. Природы жидкости
2. Концентрации растворенного вещества
3. Температуры (увеличивается температура, уменьшается σ)
4. Давления (увеличивается давление, уменьшается σ)

σ = ΔE/ΔS (E-изменение свободной энергии поверхностного натяжения жидкости, S-изменение площади пленка)

Уравнение Гиббса

где R—универсальная газовая постоянная; Т—температура. Уравнение иллюстрирует влияние природы вещества на адсорбцию через производную

дσ/дС. Эта производная определяет знак избыточной адсорбции.

Поверхностно-активные вещества – химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают сильное поверхностное натяжение.
Основная характеристика – поверхностная активность (g) – способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Поверхностно-неактивные вещества – почти не изменяют поверхностного натяжения раствора (сахароза)

Правило Траубе

В гомологическом ряду ПАВ поверхностная активность вещества увеличивается в 3-3,5 раза при удлинении углеводородной цепи на одно звено (группу-CH₂-).

Изотерма адсорбции — зависимость количества адсорбированного вещества (величины адсорбции) от парциального давления этого вещества в газовой фазе (или концентрации раствора) при постоянной температуре.

Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биомембран

В зависимости от типа эмульсии и природы эмульгатора его молекулы по-разному располагаются на поверхности капли, но всегда молекулы ПАВ располагаются так, что гидрофобная неполярная часть их находится в неполярной фазе (масле), а гидрофильная полярная часть – в полярной фазе (воде). В результате снижается поверхностная энергия дисперсной системы.

№23