Pintaenergiaa
Pintaenergia , myös vapaa pintaenergia , Gibbsin pintaenergia on termodynaaminen funktio, joka luonnehtii hiukkasten molekyylien välisen vuorovaikutuksen energiaa rajapinnalla kunkin kosketusvaiheen hiukkasten kanssa. Toinen pintaenergian määritelmä on potentiaalienergia , joka keskittyy rajapintaan (rajapintaan), joka tarvitaan muodostamaan yksikköpinta-ala. Se on tarpeeton verrattuna tilavuuden energiaan, eli ei ole yhtä suuri kuin nolla. SI -järjestelmän mittayksikkö on J/m 2 .
Vapaan pintaenergian olemassaolo yhdessä pintajännityksen kanssa on syy metastabiilien tilojen (ylijäähdytys, ylikyllästys) ilmaantumiselle.
Fyysinen kuvaus
Pintaenergia on suoraan verrannollinen spesifiseen rajapintavuorovaikutusenergiaan tai pintajännitykseen σ ja rajapinta-alueeseen S:
.
Äärettömän pieneksi muutokseksi:
Vapaa pintaenergia G s vakiopaineessa on sama kuin termodynaaminen funktio - Gibbsin energia , joka kuvaa rajapinnan tilaa heterogeenisissä järjestelmissä .
G s :n riippuvuuden pintajännityksestä ja rajapinta-alasta kaikki pinta-ilmiöt tapahtuvat spontaanisti, jos jokin seuraavista ehdoista täyttyy:
,
tai
,
tai
.
Toisin sanoen termodynamiikan toisen lain mukaisesti - kaikki spontaanit prosessit tapahtuvat järjestelmän energian pienentyessä. Tässä tapauksessa alenevalla energialla G s .
Spontaanit prosessit, jotka tapahtuvat Gs: n arvon pienentyessä faasin pinta-alan pienenemisen vuoksi, sisältävät:
- yhtymä - prosessi, jossa pisaroiden tai kuplien hiukkasten sulautuminen (laajentuminen) liikkuvassa väliaineessa (neste, kaasu) tai kehon pinnalla tapahtuu.
- Koagulaatio ja flokkulaatio ovat dispergoituneen faasin hiukkasten tarttumista yhteen ja suurentavia prosesseja .
Spontaaneja prosesseja, jotka liittyvät G s :n arvon laskuun pintajännityksen σ arvon pienenemisen vuoksi, ovat: kostutus , adheesio , sorptioprosessit jne.