Зависимость σ от природы контактирующей фазы.

На границе раздела фаз двух жидкостей межфазное натяжение у меньше, чем на поверхности «жидкость — газ». Так, поверхностное натяжение воды на границе с воздухом при 20°С равно 72,75 мДж/м2, а на границе с бензолом у = 34,40 мДж/м2. Молекулы соприкасающихся жидкостей взаимодействуют друг с другом значительно сильнее, чем с молекулами газа (из-за разреженности газовой фазы). Поэтому нескомпенсирован- ность сил в поверхностном слое при их контакте друг с другом значительно меньше, чем при контакте с газом. Отсюда и более низкие значения межфазного натяжения (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема, иллюстрирующая соотношение сил поверхностного натяжения жидкости (ж.,) на границе с газом (г) и с другой несмешивающейся жидкостью (ж₂)

Чем меньше отличаются по полярности соприкасающиеся жидкости, тем ниже межфазное натяжение. В пределе, при полной растворимости жидкостей друг в друге исчезает поверхность раздела фаз и у = 0.

Связь межфазного натяжения у с поверхностным натяжением жидкостей на их границе с газом (собственным паром) а_г и с₂ передается правилом Антонова:

Для точных расчетов у необходимо учитывать взаимную растворимость жидкостей друг в друге и вместо поверхностного натяжения чистых жидкостей для вычислений по уравнению (1.7) следует использовать поверхностные натяжения их насыщенных растворов друг в друге. Например, для границы «вода — бензол» относится к насыщенному раствору бензола в воде, о₂ — ^к насыщенному раствору воды в бензоле.

Зависимость σ от температуры.

С повышением температуры поверхностное натяжение чистых жидкостей всегда уменьшается. Это происходит по двум причинам. Во-первых, с повышением температуры усиливается тепловое движение молекул, увеличивается среднее расстояние между молекулами (тела при нагревании расширяются). В результате силы межмолекулярного взаимодействия ослабевают, нескомпенсированность сил в поверхностном слое уменьшается, что приводит к снижению а.

Во-вторых, с повышением температуры увеличивается давление насыщенного пара жидкости, т. е. концентрация молекул в газовой фазе. Силовое поле со стороны газа становится более интенсивным, нескомпенсированность межмолекулярных сил в поверхностном слое уменьшается, в итоге уменьшается о. В пределе, при достижении критической температуры Т_кр, исчезает различие в физико-химических свойствах пара и жидкости и а = О Дж/м² (рис. 1.5).

Рис. 7.5. Зависимость поверхностного натяжения жидкостей от

температуры:

1 — неполярная жидкость; 2 — полярная жидкость

Эксперименты показали, что поверхностное натяжение жидкостей при температурах, далеких от критической, линейно уменьшается с повышением температуры. При этом для неполярных (неассоциированных) жидкостей (линия 1 на рис. 1.5) линейность сохраняется вплоть до Т_кр. Таким образом, температурный коэффициент поверхностного натяжения жидкостей А практически не зависит от температуры:

Если известно о₀ при какой-то одной температуре Т₀ (обычно при 298 К), можно рассчитать а_т при любой другой Т по уравнению

В литературе известны и другие эмпирические уравнения, связывающие о и Т, например, уравнение Этвеша:

Здесь V — молярный объем жидкости; к — константа, практически одинаковая для всех жидкостей и равная 2,1-Ю^-7 Дж/К.

Зависимость о от присутствия посторонних веществ. Поверхностное натяжение жидкостей в сильной степени зависит от присутствия посторонних веществ. По своему действию они подразделяются на вещества, снижающие поверхностное натяжение, — поверхностноактивные вещества (ПАВ), и вещества, повышающие или не изменяющие поверхностное натяжение, — поверхностно-инактивные вещества (ПИВ). Подробнее о влиянии ПАВ или ПИВ на поверхностное натяжение воды см. в параграфе 2.4.