Беттік керілу

Беттік керіліс — екі фазаның (дененің) бөліну бетінің термодинамикалық сипаттамасы. Өлшем бірліктері: Дж/м² немесе Н/м.

Беттік керілісті бөліну беті сұйықтық болған жағдайда, бет нобайының ұзындық бірлігіне әсер ететін және фазалардың берілген көлемдерінде бетті ең кіші шамаға (минимумға) дейін жиыруға ұмтылатын күш ретінде де қарастыруға болады. Екі конденсацияланған фазаның шекарасындағы беттік керілу, әдетте, фазааралық керіліс деп аталады.

Физикалық табиғаты

Жаңа бетті түзетін жұмыс заты молекулалары дене көлемінен беттік қабатқа ауысу кезіндегі молекулааралық ілініс күшін жеңуге жұмсалады. Беттік қабаттағы молекулааралық күштердің тең әсерлі күшінің шамасы дене көлеміндегідей нөлге тең болмайды әрі ол ілініс күштері көбірек болатын фаза ішіне қарай бағытталады.

Демек, беттік керілу беттік (фазааралық) қабаттағы молекулааралық күштердің теңгерілмеуінің өлшемі болады. Жылжымалы беттік керіліс — еркін беттік энергияға тепе-тең шама.

Сыртқы әсер болмаған жағдайда сұйықтық беттік керілістің салдарынан шар пішіндес (бет мейлінше кіші және еркін беттік энергияның мәні барынша аз) болады. Бұл құбылыстың айқын мысалы — салмақсыздық жағдайындағы сұйықтық тамшысы немесе сабын көпіршігі.

Математикалық өрнегі

Беттік керіліс коэффициенті σ (немесе γ) арқылы белгіленеді және мынадай формуламен анықталады:

\sigma ={\frac {F}{l}}

мұндағы:

F — бет нобайының жанамасы бойынша әсер ететін күш (Н);
l — бет нобайының ұзындығы (м).

Энергиялық тұрғыдан:

\sigma ={\frac {\Delta W}{\Delta S}}

мұндағы:

ΔW — жаңа бет түзуге жұмсалған жұмыс (Дж);
ΔS — түзілген беттің ауданы (м²).

Беттік керіліске әсер ететін факторлар

Егер фазалардың көлемдері молекулалардың өлшемдерімен салыстырғанда неғұрлым үлкен болса, онда беттік керілу беттің шамасы мен пішініне тәуелді болмайды. Беттік керілу:

температураның жоғарылауынан азаяды;
беттік белсенді заттардың (БАЗ) әсерінен азаяды;
зат табиғатына — молекулааралық байланыс күшіне тікелей тәуелді.

Мысалы, 20 °C температурадағы кейбір сұйықтықтардың беттік керіліс мәндері:

сынап — 486 мН/м;
су — 72,8 мН/м;
этанол — 22,3 мН/м;
эфир — 17,0 мН/м.

Анықтау тәсілдері

Сұйықтық пен газдың (будың) немесе сұйықтық пен сұйықтықтың жылдам жылжымалы шегіндегі беттік керілісті әр түрлі жолмен анықтау оңай. Негізгі тәжірибелік әдістер:

Капиллярлық көтерілу әдісі;
Тамшы массасы әдісі (сталагмометрия);
Үзілмелі сақина әдісі (Дю Нуи әдісі);
Тамшы пішіні әдісі.

Молекулалары (атомдары) еркін орын ауыстыра алмайтындықтан, қатты дененің беттік керілісін тәжірибе арқылы анықтау қиынға соғады. Анизотропия салдарынан кристаллдың әр қырындағы беттік керілу әр түрлі болып келеді.

Қатты дене үшін беттік керілу және беттік энергия ұғымдарының мәні бірдей емес — өйткені оған кристалдың құрылымы әсер етеді. Қатты дененің беттік керілісін, әдетте, молекулааралық және атомаралық өзара әсерлерді негізге ала отырып, жанама жолмен есептейді.

Маңызы және қолданылуы

Беттік керілістердің шамасы мен өзгерісі көптеген беттік құбылыстарға байланысты:

капиллярлық құбылыстар (өсімдіктердегі ылғал қозғалысы, топырақтағы судың көтерілуі);
ылғалдандыру және ылғалданбау;
эмульсиялар мен көбіктердің тұрақтылығы;
жуғыш заттардың (детергенттер) әсер ету механизмі;
адсорбция процестері;
металлургия мен пісіру технологияларында.

Сондай-ақ қараңыз

Дереккөздер