Особенности поверхностного слоя

Многие физико-химические отличия обусловлены определенной ориентацией частиц в поверхностных слоях и особыми энергитическими параметрами по сравнению с частицами в объеме.

Важная особенностью поверхностного слоя является определенная ориентация молекул ПАВ вследствие их дифильности. Гидрофильная часть погружена в полярную фазу (вода и др.), в то время, как гидрофобный хвост выталкивается в неполярную среду.

То, насколько сильно они фиксированы, зависит от концентрации ПАВ. Если она мала, то углеводородные неполярные цепи лежат на поверхности полярной жидкости. С увеличением концентрации число молекул ПАВ возрастает, и образуется насыщенный мономолекулярный слой, который образно еще называют молекулярным частоколом Лэнгмюра.

Энергетической особенностью ПАВ является то, что его молекула обладает избытком энергии. Равнодействующая сил взаимного притяжения, которая действует на молеклу в объеме фазы со стороны других частиц, равна нулю, то есть молекула находится в состоянии энергитического равновесия. На поверхности раздела же силы не уравновешаны; молекула со стороны каждой фазы испывает неодинаковое притяжение. Равнодействующая сил направлена перпендикулярно границе раздела фаз и, обычно, в сторону более полярной фазы. Часто равнодействующую молекулярных сил называют внутренним давлением. Чем сильней различаются межмолекулярные взаимодействия на поверхности раздела, тем больше внутреннее давление, которое стремится втянуть молекулу вглубь жидкости.

В итоге, вся поверхность раздела обладает избыточной или поверхностной энергией.

Таким образом, поверхностная энергия является результатом нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия в гетерогенной системе. Полную поверхностную энергию можно найти, зная поверхностное натяжение (уповерхностная энергия на единицу площади) и площадь границы раздела.

G=у· S.

Следствием избыточной энергии является термодинамическая неустойчивость. Все поверхностные явления направлены на уменьшении поверхностной энергии, чтобы восстановить равновесие. Из формулы мы видим, что сделать это она может двумя путями:

1. уменьшив свою площадь, если у > 0.

вещество поверхностный активный.

или наоборот увеличив S при у < 0.

2. Уменьшив поверхностное натяжение (например, путем адсорбции).