Поверхностная энергия , также свободная поверхностная энергия , поверхностная энергия Гиббса — термодинамическая функция, характеризующая энергию межмолекулярного взаимодействия частиц на поверхности раздела фаз с частицами каждой из контактирующих фаз. Другое определение поверхностной энергии — это потенциальная энергия , которая сосредоточена на межфазной поверхности (границе раздела фаз), необходимая для образования единицы площади поверхности. Является избыточной по сравнению с энергией в объёме, то есть не равной нулю. Единица измерения в системе СИ — Дж/м ² .

Существование свободной поверхностной энергии вместе с поверхностным натяжением является причиной возникновения метастабильных состояний (состояний переохлаждения, пересыщения).

Физическое описание

Поверхностная энергия прямо пропорциональна удельной энергии межфазного взаимодействия или поверхностному натяжению σ и удельной площади поверхности раздела фаз S:

${\displaystyle {G_{s}=\sigma S}}$ .

При бесконечно малом изменении:

${\displaystyle {dG_{s}=\sigma dS}}$

Свободная поверхностная энергия G _s при постоянном давлении совпадает с термодинамической функцией — энергией Гиббса , характеризующей состояние поверхности раздела фаз в гетерогенных системах .

Вследствие зависимости величины G _s от поверхностного натяжения и удельной площади поверхности раздела фаз, все поверхностные явления происходят самопроизвольно, если при этом соблюдается одно из условий:

${\displaystyle {\sigma <0}}$ ,

либо

${\displaystyle {S<0}}$ ,

либо

${\displaystyle {\Delta G_{s}=\Delta \sigma \Delta S<0}}$ .

То есть в соответствии со вторым началом термодинамики — все самопроизвольные процессы происходят с уменьшением энергии системы. В данном случае с уменьшением энергии G _s .

К самопроизвольным процессам, происходящим с уменьшением величины G _s за счёт уменьшения площади поверхности фазы относятся:

• коалесценция — процесс слияния частиц (укрупнения) капель или пузырей внутри подвижной среды (жидкости, газа) или на поверхности какого-либо тела.
• коагуляция и флокуляция — процессы слипания и укрупнения частиц дисперсной фазы .

К самопроизвольным процессам, идущих с уменьшением величины G _s за счёт уменьшения значения поверхностного натяжения σ относятся: смачивание , адгезия , сорбционные процессы и т.д.

Примечания