5.4.3. Капиллярная конденсация. Гигроскопические материалы

Из-за действия сил поверхностного натяжения происходит поднятие (или опускание) жидкости в капиллярах. Такое явление называется капиллярностью.Смачиваниюсоответствуетподъем, всасывание жидкости в капилляр. Очевидно, что при этом сила притяжения между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости. В противном случае имеет местонесмачивание— опускание жидкости. Если высота подъема обозначается какh, то объем поднятой жидкостиV ₌Sh, гдеS — площадь поперечного сечения капилляра. Давление, создаваемое столбом жидкости высотойhи плотностьюρ, равно:

(5.13)

Подъем (опускание) жидкости в капилляре радиуса r_кобеспечивает добавочное давление, связанное с образованием мениска силами поверхностного натяжения. Имеем:

(5.14)

Подъему жидкости соответствует знак «+», опусканию — «–».

Гигроскопические материалы— это материалы, состоящие из множества капилляров и смачиваемые заданной жидкостью (водой, кровью и т. д.). Примером гигроскопического материала является вата. В фармации важно, чтобы лекарства долго хранились, для этого их изготовляют с антигигроскопическими поверхностями.

5.5. Твердые тела. Аморфные и кристаллические твердые тела

В твердых телах, как уже указывалось (см. гл. 1), энергия взаимодействия между атомами (молекулами) велика по сравнению с энергиями взаимодействия в жидкостях и газах. Силы взаимодействия в твердом теле позволяют сохранять форму тела даже в условиях действия сил тяжести (в условиях Земли), а не только объем, как у жидкостей.

В кристаллических твердых телахпорядок расположения атомов (молекул) сохраняется на макроскопических расстояниях, т. е. расстояниях, гораздо бóльших, чем межатомные. Ваморфных твердых телахпорядок расположения есть только у ближайших друг к другу молекул. По существу аморфные тела ближе к жидкостям (см.гл. 1), но ихвязкостьстоль велика, что характерное время растеканияτηочень велико.

Действительно, растекание, например, под действием силы тяжестиm₀g, гдеm₀₌M/N_Aмассамолекулы, определяется силой вязкого трения (силой Стокса), гдеV ₌l/τ— скорость растекания на практически любое расстояние l будет очень мала. Можно найти, что:

(5.15)

где σ — эффективное сечение молекул аморфного тела.

Сохранение порядка расположения атомов (молекул, ионов) в кристаллах на больших расстояниях означает, что кристаллические тела не меняются при перемещении всех атомов в некоторое другое положение. Такое свойство сохранения порядка расположенияпри изменении положения называетсясимметрией.

В кристаллическом твердом теле симметрия заключается в том, что при сдвигев некоторых направлениях на фиксированные расстояния кристаллическое твердое тело остается тем же самым.Величина сдвига— расстояние, при котором кристаллическое тело не меняется, зависит от направления, поэтому от направления зависят и свойства кристаллических тел. Зависимость физических свойств вещества от направления называетсяанизотропией.Кристаллические тела анизотропны.

Реально анизотропия вещества проявляется в едином кристалле — монокристалле. Чаще всего твердые тела состоят из множества таких монокристаллов, ориентированных случайным образом. При этом анизотропные свойства вещества маскируются. Твердое тело, состоящее из множества хаотически расположенных монокристаллов, называетсяполикристаллическим.