Расклинивающее давление
РАСКЛИНИВАЮЩЕЕ ДАВЛЕНИЕ,
избыточное давление в тонкой пленке-прослойке (газовой или жидкой), разделяющей
две фазы, по сравнению с давлением в объемной фазе, из к-рой образовалась прослойка.
Р. д. возникает в состоянии термодинамич. равновесия системы при условиях, когда
в прослойке при ее медленном (квазиравновесном) утоньшении перекрываются межфазные
слои, в к-рых действуют поверхностные силы (см. Поверхностная энергия).
При толщине прослойки h Р. д. П(h) равно разности между давлением
p1 на пов-сти прослойки и давлением р0
в той объемной фазе, из к-рой образовалась прослойка путем утоньшения:
П(h)=p1-p0.
Положительное Р. д. препятствует
утоньшению пленки под действием внеш. сил, отрицательное Р. д. приводит к самопроизвольному
утоньшению пленки до толщины, при к-рой Р. д. становится положительным, вплоть
до разрыва пленки. Для системы из двух фаз при постоянстве т-ры Т, объемного
давления р и хим. потенциалов компонентов mi изменение
толщины прослойки связано со своб. энергией Гиббса G:
П(h)=-(9G/9h)T.p.mi.
Если прослойка разделяет
фазы с неплоскими пов-стями, Р. д. определяет силу F, действующую в прослойке
при кратчайшем расстоянии h0 между пов-стями, к-рое соответствовало
бы толщине плоскопараллельной прослойки. В частности, для двух сферич. пов-стей
раздела фаз с радиусами r1 И r2
F(h0)=[2pr1r2/(r1+r2)]f(h0),
где f(h0)-уд.
своб. поверхностная энергия.
Эксперим. измерения Р.
д. проводят для твердых тел, разделенных газовой или жидкой прослойкой, с помощью
электронных следящих систем или пружинных силоизмери-телей. Одновременно измеряют
толщину пленки интерфе-рометрически или электрич. методом (емкостными или индукционными
датчиками). Для смачивающих и свободных пленок изотермы Р. д. измеряют, задавая
внеш. гидростатич. давление, к-рое измеряют по радиусу мениска, контактирующего
с пленкой.
Теоретич. обоснование Р.
д. основывают на представлениях о природе поверхностных сил. Различают след.
составляющие Р. д.: молекулярную (дисперсионную), ионно-элект-ростатическую,
структурную и адсорбционную. Мол. составляющая Пm наиб. надежно
м. б. вычислена с помощью теории дисперсионного взаимодействия. Ионно-электростатич.
составляющая Пel(h) обусловлена перекрыванием
диффузных частей двойных электрических слоев (ДЭС), существующих на границах
жидкой прослойки электролита с разделяемыми ею фазами, и м. б. рассчитана на
основании данных об объемной плотности электрич. заряда s и Y-по-тенциале.
Структурная составляющая Р. д. Пs связана с перекрыванием
граничных слоев р-рителя, структура к-рых изменена по сравнению с объемной структурой.
Для лио-фильных пов-стей Пs > 0, эта составляющая Р. д.
наиб. выражена в полярных р-рителях. Согласно эксперим. данным, Пs
обнаруживается для прослоек с толщинами до ~ 5-10 нм и экспоненциально падает
с увеличением толщины. Между лиофобными пов-стями "структурное"
притяжение экспериментально обнаруживается на расстояниях не более 80 нм. Адсорбц.
составляющая Р. д. Пa связана с перераспределением концентраций
молекул (или ионов) по толщине пленки при перекрывании диффузных адсорбц. слоев.
Если перекрываются адсорбц. слои ПАВ или полимеров, возникает стерич. составляющая
Р. д., близкая к адсорбционной.
Учет Р. д. и интерпретация
его составляющих необходимы при расчете равновесия и устойчивости коллоидных
систем (в частности, теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека учитывает Пт
и Пa), пен, свободных и смачивающих тонких пленок, для анализа
таких явлений, как полимолекулярная адсорбция, смачивание, флотация. Большинство
поверхностных явлений в той или иной степени зависит от разл. составляющих
Р. д.
Представление о Р. д. введено
Б. В. Дерягиным.
Лит.. ДерягинБ.
В., Чураев Н. В., МуллерВ. М., Поверхностные силы, М., 1985; Дерягин Б. В.,
Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок, М., 1986. Я И Рабинович.