ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ПИГМЕНТОВ

Поверхностная энергия твердых тел

Атомы, молекулы и ионы, находящиеся на поверх­ности раздела фаз, ‘вследствие меньшего координацион­ного числа по сравнению с находящимися в объеме кри­сталла, отличаются наличием некомпенсированных сил и являются источниками силового поля. При увеличении площади поверхностного слоя, например при дробле­нии кристаллов на части совершается работа, которая переходит в потенциальную энергию частиц²¹, а часть выделяется в виде теплоты.

видно, что в слое толщиной h\ Ь Аг плотность энергии возрастает с приближением к поверхности раздела фаз вследствие наличия энергии взаимодействия фаз или некомпенсированности мо­лекулярных сил в поверх­ностном слое. Поэтому пе­реход от энергетического уровня h первой фазы к энергетическому уровню І2 второй фазы совершается через энергетический барь­ер, отвечающий сгущению свободной энергии в поверхностном слое²⁵, определяе­мому заштрихованной площадью. Эта площадь являет­ся количественным выражением концентрации свобод­ной энергии (U_s) в поверхностном слое (S;_i2) ИЛИ для слоя площадью в 1 см² — межфазным поверхностным натяжением (аі.г)-

Межфазное поверхностное натяжение измеряется ра­ботой, которую необходимо затратить, чтобы в изотер­мических условиях извлечь из объемов двух фаз коли­чество частиц, необходимое для образования 1 см² но­вой поверхности.

Для разных элементов поверхности кристалла зна­чение а различно. Учесть это трудно, поэтому принято говорить о средней удельной свободной энергии поверх­ности для данного тела¹¹-²⁴.

3-ная величину поверхностного натяжения (а), по уравнению Гиббса—Гельмгольца можно вычислить при­ращение полной энергии системы (U) в изотермическом ч обратимом процессе увеличения поверхности раздела фаз на 1 см²:

Указанное приращение энергии состоит из двух частей: поверхностного натяжения о и теплоты Qs, по глощаемой при образовании 1 см² этой поверхности Поверхностная энергия твердых тел уменьшается с по- вышением температуры; это значит, что в процессе изо термического обратимого образования 1 см² поверхно стного слоя из внешней среды поглощается теплота Qs Вот почему полная поверхностная энергия системы всег да превосходит величину поверхностного натяжения.

Поверхность раздела двух фаз характеризуется по верхностной свободной энергией и поверхностным ша- тяжением. Связь между величиной поверхностной энер гии os и поверхностным натяжением а определяется уравнением

_ da

°s = ° + ^s ~da^

Для жидкостей равновесие в приповерхностном СЛОІ практически устанавливается мгновенно и второй член уравнения равен нулю; в этом случае величина поверх­ностного натяжения численно равна величине поверх ностной энергии. Для высоковязких жидкостей уста новление равновесной плотности расположения атомов на поверхности может не успевать за процессом увели чения поверхности и тогда второй член уравнения не бу­дет равен нулю. Наличие свободной энергии поверхности является -неотъемлемым свойством любой поверхности твердого или жидкого тела.

Методы экспериментального определения поверхиост ной энергии твердых тел весьма несовершенны, и разные авторы¹³ для одних и тех же веществ приводят раз личные значения. Заслуживают внимания следующие значения свободной поверхностной энергии для пигмеи тов²⁵ (эрг!см²)\

770₂ (рутил)............................. 143

Графит..................................... 123

Окись железа........................... 107

Ті0₂ (анатаз)............................. 92

Поверхностная свободная энергия твердых тел влни ет на ряд их свойств. Протекающие на поверхности кри сталлога процессы рекристаллизации, спекания, поли морфных превращений, адсорбции, химического взаимо

действия, а также механическая прочность зависят от поверхностной свободной энергии и связа-ны с ее из­менением.