• symbol
• tab
• home
• ÚFCH
• VŠCHT

Na vytvoření fázového rozhraní o infinitezimálně malé ploše velikosti dA se spotřebuje povrchová práce

kde konstanta úměrnosti γ_ff je mezifázové napětí.
Pokud se jedná o fázové rozhraní mezi kapalnou a plynnou (parní) fází, mluvíme místo o mezifázovém napětí spíše o povrchovém napětí, které bývá označeno pouze symbolem γ.

Za konstantní teploty a tlaku je na změnu plochy povrchu o ΔA nutná práce

a tomuto ději odpovídá teplo

Kohezní práce, adhezní práce a rozestírací koeficient

Mimo mezifázového napětí a energie se pro popis fázových rozhraní používají ještě další veličiny. Práce potřebná na roztržení souvislého sloupce kapaliny o jednotkovém průřezu na dvě části tak, aby se v prostoru mezi nimi vytvořila pára, se nazývá kohezní práce, W_k. Ta je vázána k povrchovému napětí vztahem

Práce potřebná na odtržení kapalné a pevné fáze a vytvoření fázových rozhraní kapalina-pára a pevná látka-pára vztažená na jednotkovou plochu se nazývá adhezní práce, W_a. Je přitom rovna

Rozdíl mezi adhezní a kohezní prací je Harkinsův rozestírací koeficient, S_R,

Úhel smáčení

Je-li rozestírací koeficient kapaliny na pevné látce kladný, tedy je-li adhezní práce větší než kohezní práce, rozestře se kapalina na pevném povrchu. Dochází tak k úplnému smáčení pevné fáze kapalinou.

Pokud je ale rozestírací koeficient záporný, utvoří kapalina na povrchu kapky. V rovnováze je součet vektorů mezifázových napětí nulový, z čehož lze odvodit vztah

kde θ je úhel smáčení, tedy úhel, který vytvoří kapalná fáze při styku s povrchem. Podle hodnoty tohoto úhlu rozeznáváme dva případy
a) θ < 90° - povrch pevné látky je (neúplně) smáčen,
b) θ > 90° - povrch tělesa se nesmáčí.

Pokud jsou v systému vedle fáze plynné dvě navzájem omezeně mísitelné kapaliny, můžeme rovněž použít vztah (12.6) s tím, že roli pevné fáze přebírá spodní kapalná fáze.

Laplaceova-Youngova rovnice a Kelvinova rovnice

Pokud je mezifázový povrch zakřiven, ovlivňuje mezifázové napětí tlak a tudíž i další termodynamické vlastnosti systému. Tlak na konkávní straně povrchu p_in je vždy větší než tlak na straně konvexní p_out. Pro kulovitě zakřivené povrchy s poloměrem zakřivení r lze odvodit tzv. Laplaceovu-Youngovu rovici

Je-li například kapalná fáze ve formě kapiček, kolem níž je plynná fáze (tzn. meniskus je konkávní ze strany kapaliny), platí pro rozdíl tlaků v obou fázích

kde p^(l) a p^(g) jsou tlaky v kapalině a v okolní plynné fázi. V kapalné fázi je tedy vyšší tlak než v plynu.

Obdobně je uvnitř bublinky obklopené kapalinou (tzn. meniskus je konkávní ze strany plynu) vyšší tlak než v kapalině

Vzhledem k tomu, že tlak v kapalině se zakřiveným povrchem je jiný než tlak v kapalině nad rovným povrchem, má kapalina i jiný chemický potenciál či fugacitu, resp. tlak nasycených par. Pro popis tohoto jevu lze použít Kelvinovu rovnici. O tom, zda dojde ke zvýšení nebo ke snížení uvedených veličin rozhoduje charakter zakřivení povrchu. Pro konkávně zakřivený povrch (např. kapička kapaliny) platí

Pro konvexně zakřivený povrch (např. kapalina v kapiláře, kterou smáčí) pak analogicky

V uvedených rovnicích p_r je tlak nasycených par látky v kapičce o poloměru r, p_∞ je tlak nasycených par látky s rovným povrchem (tzn. poloměr zakřivení povrchu se blíží k nekonečnu), V_m^(l) molární objem kapaliny.