на самой поверхности, так как в этом случае только лежащая внутри жидкости полусфера молекулярного действия оказывает свое действие на поверхностную молекулу. Поэтому жидкость на своей поверхности и испытывает давление, так наз. молекулярное (внутреннее) давление (Д). Внутренние молекулы жидкости стремятся втянуть в глубь молекулы поверхностной пленки, т. е. жидкость стремится уменьшить свою поверхность. Свободная жидкость примет форуму шара (опыт Плато). Если мы имеем поверхностный слой жидкости (поверхностную пленку), то на всякое увеличение поверхности нужно затратить известную работу dW, так как поверхностная пленка как бы сопротивляется своему растяжению. Очевидно, что dW = ads, где ds — приращение поверхности, а а называется поверхностным натяжением жидкости (Гаусс). Можно проводить аналогию между поверхностным слоем жидкости и какой-нибудь упругой, например резиновой, перепонкой. Реакция молекулярных сил жидкости такова, что поверхностный слой ее ведет себя подобно такой перепонке. Поверхность жидкости, в зависимости от разных условий, может быть плоской, выпуклой или вогнутой, и сила, рассчитанная на единицу длины, к-рой дается условное название поверхностного натяжения а, имеет в этих случаях разное направление. Ясно, что между молекулярным давлением р и поверхностным натяжением а должна существовать связь. Если поверхность жидкости выпуклая, то имеется избыток молекулярного давления р по сравнению с тем случаем, когда поверхность плоская (р0)« Этот избыток (р — Ро), с другой стороны, мы можем вычислить, определяя в первом и во втором случаях проекцию сил поверхностного натяжения на направление р: р — р0 = а ; р =р0 + у(формула Лапласа при равенстве радиусов кривизны г). Для равновесия свободной жидкой массы необходимо, чтобы р — Const во всех точках ее поверхности,, т. е. по формуле Лапласа: — г = Const, или г = Const,
Таким образом, свободная жидкая масса принимает форму шара — результат, указывавшийся нами и раньше. Для выяснения природы сил поверхностного натяжения являются чрезвычайно интересным и важным т. н. электрокапиллярные явления, которые устанавливают определенную связь между электрическими и капиллярными явлениями. Оказывается, что если поместить на поверхность жидкости электрич. заряды, то величина измеряемого поверхностного натяжения меняется. Капля жидкости под влиянием внешних воздействий сравнительно легче меняет свою форму, если она делается заряженной. Электрические заряды, расположенные на поверхности жидкости, друг от друга отталкивающиеся, тем самым противодействуют силам сцепления и уменьшают поверхностное натяжение. Для современных воззрений в этой области характерен отказ от переходных слоев между жидкостью и газом (ее паром) Ван-дер-Ваальса и Баккера (голландская школа). Эти новые воззрения возникли на почве изучения тонких пленок на поверхности воды (американское направление Гаркинса, Лангмюра, Эдема). Если соприкасаются две несмешивающиеся жидкости, поверхность их соприкосновения также обладает не 684
которым поверхностным натяжением, и опыт указывает на следующее обстоятельство. Если наложить нек-рую разность потенциалов между данными двумя жидкостями в капиллярной трубке, то положение мениска смещается. Электризация изменяет величину измеряемого поверхностного натяжения.
Когда мы имеем дело с полярной молекулой, в которой центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают, то на такую молекулу в первом приближении можно смотреть как на электрич. диполь с моментом р = е • d. Такая молекула, диполь, попадая в электрич. поле у поверхности тела, ориентируется определенным образом и притягивается.
Это явление носит название газовой адсорбции, если твердое тело притягивает молекулы газа.
Если же твердое тело притягивает молекулы жидкости, то мы имеем дело с-новым явлением — смачиванием. Возможен и такой случай, когда имеется поле электрич. сил на поверхности раствора, активного в отношении поверхностного натяжения вещества. Введение ничтожных количеств, напр., масляной кислоты в воду резко понижает поверхностное натяжение воды, уменьшая его от 73 эрг/елг2 до'поверхностного натяжения чистой масляной кислоты 27 эрг/см2. По Гиббсу, это явление объясняется увеличением концентрации масляной кислоты на поверхность раствора, значительно превышающей ее концентрацию внутри раствора, т. е. сгущением или адсорбцией масляной кислоты. Гиббс дает уравнение: = = cRTr, к-рое можно назвать основным законом поверхностных явлений (здесь — изменение поверхностного натяжения а с концентрацией раствора с, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, Г — величина адсорбции на единице поверхности). Можно считать, что молекулы масляной кислоты в ее водном растворе сгущаются на поверхности раствора, уменьшая тем поверхностное натяжение чистой воды, потому что электрич. момент молекулы воды pt больше электрич. момента молекулы масляной кислоты ^2. Молекулы воды и масляной кислоты, находящиеся на поверхности раствора, втягиваются внутрь раствора. Это притяжение для молекулы воды равно Арг, а для молекулы масляной кйслоты — Ар2, где А — постоянный коэффициент. Так как A Pi > А р2, то молекулы воды втягиваются внутрь раствора с большей силой, чем молекулы масляной кислоты, и поэтому на поверхности раствора получается значительное увеличение концентрации масляной кислоты. Уже при введении небольших количеств масляной кислоты в воду поверхностный слой раствора будет состоять почти исключительно из молекул масляной кислоты. А так как поверхностный слой определяет, поверхностное натяжение, то этой Гиббсовой адсорбцией масляной кислоты и следует объяснить резкое падение поверхностного натяжения почти до 27 эрг/см2. В случае неполярных молекул молекулярные силы в явлениях молекулярного давления, поверхностного натяжения, смачивания или адсорбции обладают большим дисперсионным компонентом, и теоретич. подсчет их следует вести по методам волновой механики. В явлениях поверхностных, в частности в явлениях поверхностного натяжения и электрокапиллярных, рассматриваются процессы,
