Молекулы жидкости взаимодействуют между собой силами притяжения и отталкивания, которые проявляются заметно в пределах расстояния r, называемого радиусом молекулярного действия (порядка нескольких диаметров молекулы). Сфера радиуса r называется сферой молекулярного действия. Если молекула находится в поверхностном слое, то есть удалена от поверхности менее чем на r, то равнодействующая сил притяжения со стороны окружающих молекул направлена внутрь жидкости. Поэтому для перехода молекулы из внутренней части жидкости на её поверхность требуется совершить работу, в результате свободная энергия поверхности возрастает. Свободную поверхностную энергию, приходящуюся на единицу поверхности жидкости, называют коэффициентом поверхностного натяжения:
где А - работа, которую нужно совершить, чтобы площадь поверхности увеличить на S. В системе СИ коэффициент поверхностного натяжения (измеряется в Дж/м2.
В положении равновесия свободная энергия системы минимальна, поэтому жидкость, предоставленная самой себе, стремится сократить свою поверхность. Мысленно ограничим какой-либо участок поверхностного слоя замкнутым контуром. В нём действуют силы, называемые силами поверхностного натяжения, направленные по касательной к поверхности перпендикулярно к участку контура, на который они действуют. Коэффициент поверхностного натяжения (можно определить и как силу, приходящуюся на единицу длины контура,ограничивающего поверхность:
Единица его измерения в системе СИ: 1Н/м (ньтонах на метр = 1 Дж/м2, или миллиньтонах на метр.
Коэффициент поверхностного натяжения зависит от химического состава жидкости, среды, с которой она граничит, температуры. С ростом температуры (уменьшается и при критической температуре обращается в нуль.
В зависимости от силы взаимодействия молекул жидкости с частицами твёрдого тела, соприкасающегося с ней, возможно смачивание или не смачивание жидкостью твёрдого тела. В обоих случаях поверхность жидкости вблизи границы с твёрдым телом искривляется...
Поверхностное натяжение воды при различных температурах
| t, °С | Пов. натяжение, мН/м |
| 20 | 72,75 |
| 21 | 72,59 |
| 22 | 72,44 |
| 23 | 72,28 |
| 24 | 72,13 |
| 25 | 71,97 |
| 26 | 71,82 |
Поверхностное натяжение (при 20° C)
| Вещество | Пов. натяжение 10-3 Н/м |
| Азотнаякислота 70% | 59,4 |
| Анилин | 42,9 |
| Ацетон | 23,7 |
| Бензол | 29,0 |
| Вода | 72,8 |
| Глицерин | 59,4 |
| Нефть | 26 |
| Ртуть | 465 |
| Сернаякислота 85% | 57,4 |
| Спиртэтиловый | 22,8 |
| Уксуснаякислота | 27,8 |
| Эфирэтиловый | 16,9 |
Поверхностное натяжение жидкостей
| Вещество | q, мН/м |
| Алюминий расплавленный (приt=7000 0С, в) | 840 |
| Азот жидкий (при t=-183 0С,п) | 6,2 |
| Ацетон (п) | 24 |
| Вода (при t=0 0С,в) | 75,6 |
| Вода (при t=20 0С,в) | 72,8 |
| Вода (при t=100 0С,в) | 58,8 |
| Вода (при t=374,15 0С,в) | 0 |
| Золото расплавленное (при t=1130 0С, в) | 1102 |
| Глицерин (в) | 63 |
| Керосин (при t=0 0С,в) | 29 |
| Керосин (в) | 24 |
| Кислород жидкий (приt=-183 0С, в) | 13,1 |
| Молоко (в) | 46 |
| Нефть (в) | 30 |
| Раствор мыла (в) | 40 |
| Ртуть (п) | 472 |
| Свинец расплавленный (при t=350 0С, в) | 442 |
| Серебро расплавленное (при t=970 0С, в) | 930 |
| Спирт (при t=0 0С,в) | 22 |
| Эфир (п) | 17 |
Поверхностное натяжение водных растворов (в дин/см)
Пересчет в СИ: 1 дин/см = 10-3 Н/м
| Растворенное вещество | t, °C | Содержание, масс.% | |||
| 5 | 10 | 20 | 50 | ||
| H2SO4 | 18 | - | 74,1 | 75,2 | 77,3 |
| HNO3 | 20 | - | 72,7 | 71,1 | 65,4 |
| NaOH | 20 | 74,6 | 77,3 | 85,8 | - |
| NaCl | 18 | 74,0 | 75,5 | - | - |
| Na2SO4 | 18 | 73,8 | 75,2 | - | - |
| NaNO3 | 30 | 72,1 | 72,8 | 74,4 | 79,8 |
| KC1 | 18 | 73,6 | 74,8 | 77,3 | - |
| KNO3 | 18 | 73,0 | 73,6 | 75,0 | - |
| K2CO3 | 10 | 75,8 | 77,0 | 79,2 | 106,4 |
| NH3 | 18 | 66,5 | 63,5 | 59,3 | - |
| NH4C1 | 18 | 73,3 | 74,5 | - | - |
| NH4NO3 | 100 | 59,2 | 60,1 | 61,6 | 67,5 |
| MgCl2 | 18 | 73,8 | - | - | - |
| CaCl2 | 18 | 73,7 | - | - | - |