Поверхностное натяжение
В двухфазных системах действуют силы, образующие т.н. свободную поверхность жидкости на границе раздела с газом. Работа, затраченная на образование 1 см2 поверхности раздела фаз, называется поверхностным натяжением. Единица измерения поверхностного натяжения — ньютон на метр (Н/м).
Если в системе не происходит массо- или теплообмена, поверхностное натяжение — физическая константа, характеризующая систему «жидкость-пар» или «жидкость-жидкость». Поверхностное натяжение системы «жидкость-пар» определяется по формуле
σ = с (ρж – ρп) (2.49)
где с — коэффициент пропорциональности (постоянный для данного вещества), определяемый через молекулярную массу. С повышением молекулярной массы поверхностное натяжение вещества увеличивается, а с увеличением температуры — уменьшается и становится равным нулю при критической температуре (табл. 2.16).
Влияние температуры на поверхностное натяжение при нормальном давлении может быть определено по формуле:
σ = σ0 [(tкр – t)/(tкр – t0)]1,2 (2.50)
гдеð0 — поверхностное натяжение при нормальных условиях; tKp — критическая температура жидкости.
Повышение давления также приводит к уменьшению поверхностного натяжения, а при давлении, равном критическому, оно становится равным нулю. Поверхностное натяжение смеси двух жидкостей может быть определено с помощью следующего соотношения:
Таблица 2.16. Поверхностное натяжение, кН/м, сжиженных углеводородных газов
|
Температура, °С |
Этан |
Пропилен |
Пропан |
н-Бутилен |
Изобутилен |
Изобутан |
н-Бутан |
н-Пентан |
|
-50 |
10,1 |
16,9 |
16,9 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
-45 |
9,5 |
16,2 |
15,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
-40 |
8,8 |
15,4 |
15,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
-35 |
8,0 |
14,7 |
14,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
-30 |
7,4 |
14,0 |
13,8 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
-25 |
6,6 |
13,3 |
13,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
-20 |
5,9 |
12,6 |
12,5 |
- |
- |
15,3 |
17,0 |
20,5 |
|
-15 |
5,3 |
11,9 |
11,9 |
16,7 |
16,2 |
14,8 |
16,4 |
20,0 |
|
-10 |
4,7 |
11,3 |
11,2 |
16,0 |
16,5 |
14,1 |
15,8 |
19,4 |
|
-5 |
4,1 |
10,6 |
10,6 |
15,4 |
14,8 |
13,5 |
15,2 |
18,8 |
|
|
3,4 |
9,9 |
9,9 |
14,7 |
14,2 |
12,9 |
14,7 |
18,2 |
|
|
2,8 |
9,2 |
9,4 |
14,1 |
13,7 |
12,3 |
14,2 |
17,7 |
|
10 |
2,2 |
8,6 |
8,7 |
13,6 |
13,1 |
11,7 |
13,6 |
17,2 |
|
15 |
1,5 |
7,9 |
8,2 |
13,0 |
12,5 |
11,1 |
13,0 |
16,6 |
|
20 |
0,8 |
7,3 |
7,6 |
12,4 |
11,9 |
10,5 |
12,4 |
16,1 |
|
25 |
0,4 |
6,7 |
6,9 |
11,8 |
11,3 |
10,0 |
11,9 |
15,5 |
|
30 |
0,2 |
6,1 |
6,3 |
11,1 |
10,7 |
9,4 |
11,3 |
15,0 |
|
35 |
- |
5,5 |
5,8 |
10,6 |
10,2 |
8,8 |
10,7 |
14,5 |
|
40 |
- |
4,7 |
5,1 |
10,0 |
9,7 |
8,2 |
10,2 |
14,0 |
|
45 |
- |
4,2 |
4,5 |
9,4 |
9,1 |
7,7 |
9,6 |
13,5 |
|
50 |
- |
3,7 |
3,9 |
8,9 |
8,6 |
7,1 |
9,1 |
13,0 |
|
55 |
- |
3,1 |
3,4 |
8,3 |
8,0 |
6,5 |
8,6 |
12,5 |
|
60 |
- |
2,6 |
2,9 |
7,8 |
7,5 |
6,0 |
8,0 |
11,9 |
|
65 |
- |
2,0 |
2,4 |
7,2 |
7,0 |
5,5 |
7,5 |
11,4 |
|
70 |
- |
1,5 |
1,9 |
6,6 |
6,4 |
5,0 |
7,0 |
10,8 |
σ = σ1σ2(х1σ1 + х2σ2) (2.51)
гдеð1 иð2 — поверхностное натяжение смешанных жидкостей; Х1 и Х2 — молярные доли жидкостей в смеси.