Расчетные методы определения коэфф. поверхностного натяжения

[treygol]

amik: Отделено от темы перезарядка частиц золя

Возможно, Вы знаете. Есть ли расчетные методы (достаточно приближенные) определения величины коэффициента поверхностного натяжения для (природных) изотопов химического вещества как функции их (само) поляризации в не скомпенсированном молекулярном поле в границе раздела фаз жидкость - пар. Мне не удалось найти значение коэффициента поверхностного натяжения для природных изотопов селена. Можно ли примерно просчитать эти величины ? Спасибо.

[Maryna]

во-первых, что такое коэффициент поверхностного натяжения?
во-вторых, если функция

их (само) поляризации в не скомпенсированном молекулярном поле

то, значит, эта (само)поляризация должна быть типа независимой переменной и неким образом изменяться, изменяя поверхностное натяжение? Ну то есть, конечно, молекулы у поверхности находятся в поле действия равнодействующей межмолекулярного взаимодействия, направленной вглубь жидкости. И даже согласна, что эта равнодействующая изменяется от точки к точке и в разные моменты времени, но поверхностное натяжение есть макроскопическая характеристика, нечто статистические среднее, равновесное, так что ее нельзя рассчитать как некую флуктуацию (из того, что мне известно, если кто знает, поправьте). Можно определить какие-то другие микроскопические характеристики поверхности, учитывая флуктуации силового поля, действующего на отдельную молекулу.

[Maryna]

А вообще, если говорить о поверхностном натяжении. то есть взаимосвязанные между собой величины: собственно поверхностное натяжение, энергия когезии, энтальпия сублимации (вернее, ее отношение к мольному объему) и внутреннее давление. Ну а если про вещество неизвестно вообще ничего, спасет только какая-нибудь молекулярная динамика.

[treygol]

во-первых, что такое коэффициент поверхностного натяжения?

Используем определение (Википедии) как (для раздела фаз жидкость-газ). Коэффициент поверхностного натяжения - работа, необходимая для изотермического увеличения площади поверхности жидкости на 1 кв.м. Как энергии (Дж) на разрыв (сплошности жидкости) единицы поверхности (м²). В этом случае появляется физический смысл и связь понятия поверхностного натяжения с внутренней энергией, что было доказано теоретически (Журнал физической химии. 1983, № 10)

во-вторых, ...
... Ну то есть, конечно, молекулы у поверхности находятся в поле действия равнодействующей межмолекулярного взаимодействия, направленной вглубь жидкости...

В границе (объеме) раздела фаз всегда две, а не одна не скомпенсированная (между разделам фаз) молекулярных сил. Сила отталкивания (более короткодействующая), и сила притяжения - более дальнодействующая. Причем они противоположно направлены по нормали к поверхности. То есть образуется некий "потенциальный электростатический ящик". В котором и колеблются молекулы образуя фазу поляризованных молекул - граница раздела. Вот эта потенциальная (электростатическая) энергия молекул "запасаемая" в их дипольном электростатическом моменте (как усредненным) хорошо коррелируется величиной избыточной энергии поверхностного натяжения. И о флуктуации (как о случайном процессе) речь не идет. Согласованно-направленная поляризация для молекул в этом слое капли.

А вообще, если говорить о поверхностном натяжении. то есть взаимосвязанные между собой величины: собственно поверхностное натяжение, энергия когезии, энтальпия сублимации (вернее, ее отношение к мольному объему) и внутреннее давление. Ну а если про вещество неизвестно вообще ничего, спасет только какая-нибудь молекулярная динамика.

Прямо не взаимосвязаны. Внутренне давление (Лапласа) не имеет быть, как физическая величина. И не будем говорить о мольном объеме, эта характеристика для "большого" объема. Уместней говорить о некой удельной величине для площади раздела фаз.

Впрочем я задавал вопрос о информации использования расчетных методов в определении избыточной энергии поверхностного натяжения (коэффициенте поверхностного натяжения). Косвенно ответ я получил, вероятно "широко" не известен.

Спасибо.

[Maryna]

Коллега, прошу прощения, но у Вас путаница с понятиями. Работа, определение которой Вы привели - это и есть поверхностное натяжение. Оно же сила, действующая на единицу длины... и т.д. Я не встречала понятие коэффициент поверхностного натяжения. Ориентируюсь на учебники типа Щукина.

После Вашего пояснения поняла, что за функция Вас интересует.

Внутреннее давление имеет физический смысл, и эти величины взаимосвязаны достаточно определенно, правда, строгих теоретических обоснований я с ходу дать не могу.

избыточная энергия поверхностного натяжения - не встречала такой термин. Есть понятие избыточная (свободная) поверхностная энергия, она обусловливает наличие поверхностного натяжения.

Повторю, если нет никаких экспериментальных данных, Вам поможет только моделирование границы раздела фаз молекулярной динамикой, но я с такими тонкостями не знакома. "С потолка" поверхностное натяжение рассчитать-оценить очень сложно. Ищите аддитивности, ищите модели жидкого состояния, позволяющие оценить внутримолекулярные взяимодействия и, следовательно, энергию когезии. Но скажу по опыту, что эту задачу с наскока не решить, поскольку с моделированием жидкостей есть проблемы. Почитайте Щукина, почитайте Мелвин-Хьюза. Удачи.

[treygol]

С наступающим Новым Годом.

Коллега, прошу прощения, но у Вас путаница с понятиями. Работа, определение которой Вы привели - это и есть поверхностное натяжение. Оно же сила, действующая на единицу длины... и т.д. Я не встречала понятие коэффициент поверхностного натяжения. Ориентируюсь на учебники типа Щукина.

Путаница ??? Это скорей у Ландау Л.Д. и. Лифшиц Е.М Теоретическая физика, том V. Глава 15. Стр. 561., Москва, 1976 г. - путаница с понятием коэффициент поверхностного натяжения.
Спасибо.
P.S.
Аватара у Вас не "обычная".

[treygol]

Внутреннее давление имеет физический смысл, и эти величины взаимосвязаны достаточно определенно, правда, строгих теоретических обоснований я с ходу дать не могу.

Вы знаете, для решения прикладной технологической задачи - мне не удалось поднять температуру в потоке нанокапель (водного раствора) выше 70 С - что весьма не обычно. Поскольку в такой капле давление Лапласа должно быть выше сотен атмосфер, и соответственно температура кипения должна быть выше 100 С.
Анализ дал не ожидаемые результаты. Литературная проработка теории давления Лапласа была удивительна. Оказывается, нет ни одного наблюдаемого эксперимента повышения давления в зависимости от радиуса кривизны. Например, перегрев жидкости при кипении противоречит давлению Лапласа - сила направлена в сторону конденсированной фазы - и в паровом пузырьке должно быть разряжение. За исключением двухсторонних пузырей ПАВ. И там механизм повышения давления другой - не "внутреннее" давление Лапласа. Ряд авторов указывает на ошибочность математической версии давления Лапласа.
А согласно модели поверхностного слоя капли с разноименно направленными поляризованными слоями молекул, давление Лапласа как кулоновская сила взаимодействия разноименных электрических зарядов сосредоточена в границе раздела фаз и не распространяется на внутренний объем капли. Капля может быть представлена как шаровой электрический конденсатор.
Так что если найдете теоретическое обоснование "внутреннего" (на объем капли) давления Лапласа, информируйте. Мне будет интересно.

P.S. от 30.12
Модель нанокапли, где ее Поверхностный Слой (ПС, граница раздела фаз), шаровой электрический конденсатор, с электрическими обкладками из разноименно поляризованных слоев молекул (противоположно направленных электрических дипольных моментов). Позволяет оценить величину коэффициента поверхностного натяжения, различных изотопов элемента. Как величину изменения электрической емкости конденсатора в зависимости от диэлектрической проницаемости изотопов элемента (вещества).

[VTur]

Блин!

Литературная проработка теории давления Лапласа была удивительна. Оказывается, нет ни одного наблюдаемого эксперимента повышения давления в зависимости от радиуса кривизны.

А как же подъём жидкости в капилляре?

[treygol]

А как же подъём жидкости в капилляре?

Или ее "опускание", - в зависимости от направления мениска. Смачиваемость.
И причем здесь давление Лапласа ???

[VTur]

Смачиваемость - это явление. Давление Лапласа - проявление действующей силы.

[treygol]

Смачиваемость - это явление. Давление Лапласа - проявление действующей силы.

А флуд не изменен.
К Вам вопрос по существу. Физический механизм силы Лапласа ?
Попробуйте ответить. В чем он - гравитация, сила Кулона, инерция ???

[VTur]

Нет никакой силы Лапласа, есть давление Лапласа. Это проявление силы когезии.

[Maryna]

Внутреннее давление обусловлено межмолекулярным взаимодействием. Откройте любой учебник по коллоидной химии.

Также посмотрите последние рекомендации ИЮПАК по поводу терминов. Там нет термина surface tension coefficient, есть surface tension. Я глубоко уважаю Ландау и Лившица, но их терминология могла устареть за столько лет.

[treygol]

Нет никакой силы Лапласа, есть давление Лапласа. Это проявление силы когезии.

Вот даже как. Есть давление, но нет силы (смотрите формулу давления).
Есть силы когезии (межмолекулярного взаимодействия) - т.е. силы Кулона. Которые не зависят от радиуса капилляра.
И есть давление (сила) Лапласа, которая и определяется радиусом кривизны.
И все таки - "физический механизм силы Лапласа" ? Без этого разговор не конструктивен.

[Maryna]

Пожалуйста, осторожнее жонглируйте терминами. Есть силы, действующие на отдельную молекулу, а есть некие усредненные по ансамблю частиц.

Внутреннее давление обусловлено действием сил межмолекулярного взаимодействия. В случае капиллярного поднятия кривизна мениска определяется соотношением сил межмолекулярного взаимодействия на границе трёх фаз — твёрдого тела, жидкости и газа.

Не внутрене давление радиусом кривизны определяется, а наоборот, вообще-то...

[treygol]

Не внутрене давление радиусом кривизны определяется, а наоборот, вообще-то...

В случае макроразмеров - да. Вот вы и ответили на "неточность" VTur по его утверждению в посте от 30 дек 2009 13:25 . О капилляре и давлении Лапласа.

Я глубоко уважаю Ландау и Лившица, но их терминология могла устареть за столько лет.

Тогда уж терминология Лапласа, как "старшего" патриарха. Кстати, действительно, энергетический подход Гиббса начинает возобладать над терминологией Лапласа. А это направление Ландау.

P.S. Не умею жонглировать. А оригинальность Вашего ряда аватар мне нравится. И Вы оказывается - Дама (девушка). Как все интересно!

[Maryna]

По-моему, появилась еще и путаница с давлениями. Есть внутреннее давление, обусловленное наличием межмолекулярных взаимодействий. Оно вызывает поднятие жидкости в капилляре (при соответствующем благоприятном соотношении сил межмолекулярного взаимодействия на границе твёрдого тела, жидкости и газа), а уже искривление мениска вызывает повышение давления насыщенного пара жидкости над мениском по сравнению с плоской поверхностью.

[treygol]

MPS
И это еще далеко не все. (Только сочтите это не как нигилизм, а просто мое виденье физического механизма явления.)

В частном случае поднятия жидкости по капилляру, то есть в случае смачивающего мениска.
1. "Внутреннее давление в жидкости" - это как бы разряжение, электростатическое притяжение поляризованных молекул "линией мениска" дипольных молекул с границы раздела жидкость-пар.
2. А давление пара над мениском описывается уравнением Кельвина. Да еще в условиях внешнего электростатического поляризующего поля линии мениска. С разделением изотопного состава пара над мениском по собственной величине коэффициента поверхностного натяжения для изотопов.
Довольно сложная, но реальная физическая картина. Ну и несколько усложним ее - ни один участок поверхности не "гладкий", а "морщинистый" - за счет капиллярных волн. И получается "простенький такой" Новогодний салат.

С наступающим Новым Годом.

[VTur]

Нда, treygol. За время проведенное на форуме могли бы уже подтянуться по термодинамике. Давление Лапласа к Лапласу имеет десятое отношение. Термодинамика поверхности развита Гиббсом.

[treygol]

VTur

И Вас с наступающим Новым Годом.