Расклинивающее давление - Disjoining pressure - Wikipedia

Расклинивающее давление (символ Π_d), в химия поверхности, согласно ИЮПАК определение,^[1] возникает из-за привлекательного взаимодействия двух поверхностей. Для двух плоских и параллельных поверхностей значение расклинивающего давления (т. Е. Силы на единицу площади) можно рассчитать как производную от Энергия Гиббса взаимодействия на единицу площади по отношению к расстоянию (в направлении нормальный к взаимодействующим поверхностям). Также существует родственная концепция разъединяющая сила, который можно рассматривать как расклинивающее давление, умноженное на площадь взаимодействующих поверхностей.

Понятие расклинивающего давления было введено Дерягин (1936) как разность давлений в области фаза рядом с ограничивающей его поверхностью, и давление в основной массе этой фазы.^[2][3]

Описание

Расклинивающее давление можно выразить как:^[4]

${\displaystyle \Pi _{D}=-{1 \over A}\left({\frac {\partial G}{\partial x}}\right)_{T,V,A}}$

куда:

• Π_d - расклинивающее давление, Н / м²
• А - площадь взаимодействующих поверхностей, м²
• грамм - полная энергия Гиббса взаимодействия двух поверхностей, Дж
• Икс - расстояние, м
• индексы Т, V и А означают, что температура, объем и площадь поверхности остаются постоянными при производной.

Зависимость давления в пленке на поверхности A от давления в объеме

Используя концепцию расклинивающего давления, давление в пленке можно рассматривать как:^[4]

${\displaystyle P=P_{0}+\Pi _{D}}$

куда:

• п - давление в пленке, Па
• п₀ - давление в объеме той же фазы, что и пленка, Па.

Расклинивающее давление интерпретируется как сумма нескольких взаимодействий: рассеивающие силы, электростатические силы между заряженными поверхностями, взаимодействия слоев нейтральных молекул адсорбированный на двух поверхностях и структурные эффекты растворителя.

Классическая теория предсказывает, что расклинивающее давление тонкой жидкой пленки на плоской поверхности выглядит следующим образом:^[5]

${\displaystyle \Pi _{D}=-{{A_{H}} \over {6\pi \delta _{0}^{3}}}}$

куда:

• А_ЧАС - постоянная Гамакера, Дж
• δ₀ - толщина пленки жидкости, м

Для системы твердое тело-жидкость-пар, где твердая поверхность структурирована, расклинивающее давление зависит от профиля твердой поверхности, ζ_S , и форма мениска, ζ_L ^[6]

${\displaystyle {\Pi _{D}(x,{{\zeta }_{\text{L}}(x)})}=\int d^{2}\rho {\int _{\zeta _{\text{L}}(x)-\zeta _{\text{S}}(x+\rho )}^{+\infty }}dz\omega (\rho ,z)}$

куда:

• ω (ρ, z) - потенциал твердое-жидкое, Дж / м⁶

Форма мениска может быть получена путем минимизации полной свободной энергии системы следующим образом: ^[7]

${\displaystyle {\delta W_{\text{total}}}={{\partial W_{\text{total}}} \over {\partial {\zeta _{\text{L}}}}}\delta \zeta _{\text{L}}+{{\partial W_{\text{total}}} \over {\partial \zeta _{\text{L}}^{'}}}\delta \zeta _{\text{L}}^{'}=0}$

куда:

• W_общий -, полная свободная энергия системы, включая поверхностную избыточную энергию и свободную энергию из-за взаимодействий твердое тело-жидкость, Дж / м²
• ζ_L - форма мениска, м
• ζ '_L - наклон формы мениска, 1

В теории жидких капель и пленок можно показать, что расклинивающее давление связано с равновесием жидкость-твердое тело. угол контакта ${\displaystyle \theta _{e}}$ через отношение^[8]

${\displaystyle \cos \theta _{e}=1+{\frac {1}{\gamma }}\int _{h_{0}}^{\infty }\Pi _{D}(h)dh}$ ,

куда ${\displaystyle \gamma }$ жидкость-пар поверхностное натяжение и ${\displaystyle h_{0}}$ - толщина пленки прекурсора.

Смотрите также

• Капиллярная конденсация
• Капиллярное давление
• Постоянная Гамакера
• Уравнение тонкой пленки

Рекомендации

1. ""Разъединяющее давление ». Запись в Сборнике химической терминологии ИЮПАК (« Золотая книга ») Международного союза чистой и прикладной химии, 2-е издание, 1997 г.».
2. Видеть:
   • Дерягин, Б. В. и Кусаков М. М. (Дерягин Б. В., Кусаков М. М.) (1936) "Свойства тонких слоев жидкостей" (Свойства тонких слоев жидкостей), Известия Академии Наук СССР, Серия Химическая. (Известия АН СССР, серия "Химия"), 5 : 741-753.
   • Дерягин, Б. и Э. Обухов (1936) "Anomalien dünner Flussigkeitsschichten. III. Ultramikrometrische Untersuchungen der Solvathüllen und des" elementaren "Quellungsaktes" (Аномалии тонких жидких слоев. III. Исследования с помощью ультразвуковых оболочек и сольвентных измерений) "акт впитывания"), Acta Physicochimica U.R.S.S., 5 : 1-22.
3. А. Адамсон, А. Гаст, «Физическая химия поверхностей», 6-е издание, John Wiley and Sons Inc., 1997, стр. 247.
4. Ханс-Юрген Батт, Карлхайнц Граф, Майкл Каппл, «Физика и химия интерфейсов», John Wiley & Sons Canada, Ltd., 1 издание, 2003 г., стр. 95 (Книги Google)
5. Яков Н. Исраэлашвили, "Межмолекулярные и поверхностные силы", Academic Press, переработанное третье издание, 2011 г., стр. 267-268 (Книги Google)
6. Роббинс, Марк О .; Анделман, Дэвид; Джоанни, Жан-Франсуа (1 апреля 1991 г.). «Тонкие жидкие пленки на шероховатых или неоднородных твердых телах». Физический обзор A. 43 (8): 4344–4354. Дои:10.1103 / PhysRevA.43.4344. PMID  9905537.
7. Ху, Хань; Weinberger, Christopher R .; Вс, Инь (10 декабря 2014 г.). «Влияние наноструктур на форму мениска и расклинивающее давление ультратонкой жидкой пленки». Нано буквы. 14 (12): 7131–7137. Дои:10.1021 / nl5037066. PMID  25394305.
8. Чураев, Н. В .; Соболев В. Д. (1 января 1995 г.). «Прогнозирование краевых углов на основе подхода Фрумкина-Дерягина». Достижения в области коллоидов и интерфейсной науки. 61: 1–16. Дои:10.1016 / 0001-8686 (95) 00257-Q.