Термодинамика поверхностного слоя

1. Термодинамика поверхностного слоя

Лекция 2
Термодинамика поверхностного слоя
ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ И ПОВЕРХНОСТНЫХ
ЯВЛЕНИЙ ИМЕНИ С.С.ВОЮЦКОГО, К. Х. Н. О.А. ДУЛИНА
1

2. Основы термодинамики поверхностного слоя

Коллоидные системы обладают сильно развитой
поверхностью раздела фаз. В поверхностном
или межфазном слое молекулы принадлежат
обеим фазам. Они контактируют не только с
себе подобными, но и с молекулами другой
фазы. Поэтому вещество в поверхностном слое
находится в особом состоянии и необходимо
определить вклад поверхностного слоя в
термодинамические свойства всей системы.
Для этого необходимо рассмотреть свойства и
состав поверхностных слоев, поверхностную
энергию и другие термодинамические функции.

3. Термодинамика поверхностного слоя

Рассмотрим гетерогенную систему, состоящую из
трех частей: фазы α, фазы β и поверхностного слоя s,
толщина которого δ. Поверхностный слой является
переходной областью от одной фазы к другой.
Отметим, что фаза α и фаза β однородны на всем
протяжении, а поверхностный слой неоднороден.
Термодинамика поверхностного слоя во многом
аналогична термодинамике объемных фаз, но есть и
отличия.

4. Основные отличия свойств поверхностного слоя от свойств объёмных фаз

Удельная внутренняя энергия слоя отличается от
внутренней энергии объемных фаз:
Взаимодействие молекул в поверхностном слое
происходит в не скомпенсированном силовом поле.
Молекулы стремятся уйти с поверхности в объем, так
как равнодействующая межмолекулярных сил,
действующих на молекулу в поверхностном поле ≠ 0.
При увеличении поверхности происходит вывод
молекул из объёма на поверхность, при этом
затрачивается работа против сил межмолекулярного
взаимодействия.
Эта работа равна увеличению поверхностной энергии Fs

5.

Вследствие избытка Fs происходит изменение концентрации
компонентов поверхностного слоя. Это изменение может быть как
«+» так и «-». Состав поверхностного слоя отличается от состава
объёмных фаз. На поверхности концентрируется компонент
понижающий поверхностное натяжение