Беттік және фазааралық керілулермолекулааралық әрекеттесудіңнәтижесі ретінде

Беттік және фазааралық керілудің молекулалар арасындағыәрекетесудің ерекшеліктеріне тәуелдігін талқылайық. Оңайлату үшін беттік керілуге энтропиялық үлестерді(яғни беттік еркін энергия)ескермеуге болады. 10-тарауда берілген белгілеулерді ескере отырып, А сұйықтық көлеміндегі молекулаға сай энергияны төмендегідей етіп жазамыз:

(16.4)

Мұндағы W_AA-молекулалар арасындағы тартылу энергиясын көрсететін теріс мән. Жақын қашықтықтағы көрші кеңістікті, паралель беттегіні деп, ал үстінде, не астындағы көрші кеңістікті m деп белгілейміз. Сонда былай жазамыз:

(16.5)

 

Ауа-су шекарасындағы молекулалық энергиясы келесі қатынаспен белгіленеді:

(16.6)

 

Себебі ауа-су бетіндегі кеңістіктегі молекуланың көршілері жоқ. Көлемнен бетке бір молекуланы тасымалдауға кеткен энергия келесідегідей белгіленеді:

(16.7)

W_AA энергия мәні теріс болғандықтан молеуланы көлемнен бетке тасымалдау үшін оң энергия қажет екені анық. Осы себептен сұйықтықтың сфералық пішінге енуі арқылы минималдық беттік ауданға ие болады, ендеше жүйенің толық энергиясы минималды болады.

(16.7)-теңдеудегі , _А молекуласының көлденең қимасының ауданына қалыптастырылыған беттік энергияға тең (энергияны көрсетеді). Бұл талқылау кезінде энтропиялық үлесін ескермегендіктен, бұл өлшем беттік еркін энергияға немесе беттік керілуге тең.

(16.8)

(16.8)-теңдеу тағыда сұйықтықтың беттік керілу сұйықтықтың когезия энергиясын салдары болатынын көрсетеді. Фазааралық керілу тек қана бір-бірімен жанасқан екі сұйықтықтың когезиялық энергиясы емес, сондай-ақ осы екі сұйықтықтың, нақтырақ екі әртүрлі молекулалық әрекеттесуін көрсетеді. Жоғарыда көрсетілгендей екі сұйықтықтағы молекулаға тән энергияны жазайық.

(16.9 а)

және

(16.9 б)

А және В типті молекула фазааралық шекарада АВ болатын молекуалаға тән энергия келесі қатынаспен көрсетіледі.

(16.10а)

және

(16.10б)

Бірлік бет ауданына тең бетті тудыруға кеткен энергия фазааралық керілуге тең.

(16.11)

(16.11) теңдеуден фазааралық керілу w және мәндеріне пропорционалды екенін көруге болады, яғни екі сұйықтың қасиеттерінің айырмашылығымен анықталады (10-тарауды қараңыз). Егер, берілген екі жұп сұйықтың қасиеттерінде үлкен айырмашылық болса, мысалы су-алифатты көмірсутек, фазааралық керілу өте үлкен болады. Ал егерде сұйықтықтың қасиеттері ұқсас болса, фазааралық керілу нөлдік мәнге дейін төмендеуі мүмкін (араласудың дағдарыстық нүктесі). Қарастырылған зерттеулер жай жуықтаулар болып саналады, себебі сұйықтықтардың өзара еруі мен энтропиялық әсері ескерілмеді.

Екі материал арасындағы W_ABадгезия жұмысы фазааралық және беттік энергия үлесімен анықталады.

W_AB= (16.12)

(16.8) және (16.11) теңдеулерді ескере отырып адгезия жұмысын келесідей жазуға болады.

(16.13)

Ендеше, адгезия жұмысы W_AB шамасына пропорционал және екі құрамдастың молекуааралық әсерлесуінің өлшемі болып табылады.

Қатты зат бетінде немесе басқа сұйықтық бетінде бір сұйықтықтың жайылуы болады, егер энергия ұтысы болса, яғни жүйеде толық энергия азаятын болса. Бір сұйықтықтың А екінші сұйықтық (немесе қатты зат) В бетіндегі жайылу кезіндегіэнергияның өзгеруін мына теңдеумен анықтаймыз:

(16.14)

Бұл теңдеуден берілген сұйықтық екінші сұйықтықта(немесе қатты зат бетінде) жайылуы болады ма деген сұраққа жауап, жайылушы сұйықтықтың когезия күші (W_AA) және екі сұйықтықтың (W_AB)мокулааралық әрекеттесуінің балансымен анықталатынын көреміз. Жайылуға А және В құрамдастарының арасындағы молекулааралық күшті тартылысжағдай жасайды және жайылатын сұйықтықтың үлкен ішкі когезиясы кедергі жасайды. Осылайша, бір сұйықтықтың екіншісінің бетінде жайылуына жету үшін олардың арасында тартылыс тудыру қажет, ал жайылушы сұйықтық когезия энергиясының тығыздығытөмен болуы қажет. Бұған мысалы іс жүзінде кез-келген бетте жайылатын силиконды майларды жатқызуға болады.