Таблица к статье „Большая задача электрохимии (топливные элементы)"

Электрохимические источники тока и топливный элемент: I — схема работы гальванических элементов и аккумулято­ров; 11 — схема работы водородно-кислородного топливного элемента; III — топливные элементы будут широко применяться на транспорте будущего.

Таблица к статье «Замечательные явления на границе между телами»

1. В аквариуме плавает гусь. Гидрофобная обо­лочка перьев не смачивается, и вода не проника­ет в оперение, образуется воздушная подушка, на которой птица плавает, лишь немного погру­зившись в воду. Добавим в аквариум немного актив­ного смачивателя, совершенно безвредного для птицы. Гусь почувствовал себя необычно — его оперение намокает, он отяжелел, он тонет! 2. Схема флотационной машины. Справа показан пузырек воздуха, выносящий прилипшие к нему частицы ценного минерала.

Если твердое тело размолоть в мельчайшие пылинки, поверхность каждой единицы его объема увеличится в десятки тысяч раз. При этом возрастет и химическая активность. Свой­ства таких дисперсных тел станут целиком определяться свойствами их поверхностного слоя.

Каждая молекула в объеме любого тела связана со своими соседями, равномерно окру­жающими ее со всех сторон. Иное дело моле­кулы-пограничники: со стороны объема жид­кости или твердого тела у них такие же соседи, так же плотно расположенные, а извне либо их очень мало, если тело граничит с газом (собственным паром), либо это чужие молекулы, принадлежащее другому телу. Поэтому молекулы-пограничники всегда обладают свободными свя­зями — избытком свободной энергии, они акти­вированы — вооружены избытком энергии.

Детская энциклопедия. Том 3. Вещество и энергия. Страница 413.

Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

 

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ

Попробуем увеличить поверхность тела, сохранив его объем. Растянем, например, плен­ку жидкости. Упругое растяжение, как у ре­зины, не произойдет, расстояние между моле­кулами не увеличится. Просто все новые и но­вые молекулы будут переходить из объема жидкости на ее поверхность, образуя поверх­ностный слой толщиной в молекулу — моно­молекулярный слой.

Представим себе молекулы плотно упако­ванными в поверхностном слое в виде одина­ковых кубиков. Размер молекулы, т. е. ребро кубика (b), составляет около 3—5 ангстрем (А). 1Е=10-8 см. Следовательно, площадь, занятая молекулой (b2), равна 10—25 Е2, а

Л

число молекул на 1см2 слоя (n1=1/b2) — около 1015.

На каждую молекулу слоя действует сила f, направленная внутрь жидкости, и, чтобы выве­сти молекулу на поверхность, надо затратить работу, приблизительно равную произведению силы f на путь b. Работа образования 1 см2 поверхностного слоя, или поверхност­ное натяжение, выразится так:

s=fb nl=f/b. (1)

Эта величина определяет избыток свобод­ной энергии, сосредоточенной в каждом квадратном сантиметре слоя на границе двух любых тел. Эта энергия называется свободной, потому что ее можно использовать для соверше­ния механической работы; подобную же энер­гию приобретает груз, поднятый на определен­ную высоту.

Так активируются молекулы-пограничники. Поверхностное натяжение иначе можно назвать удельной свободной поверхностной энергией. Его можно рассматривать как энергию акти­вации всех n1 молекул в 1 см2 слоя. На одну

молекулу эта энергия составляет s/n1=fb=sb2.

Если поверхность тела S см2, то свободная по­верхностная энергия равна sS. У дисперсных тел с очень сильно развитой поверхностью эта энергия может быть очень велика.

Сравним измеренные значения а в эрг/см3 при 20° Ц на поверхностях раздела некоторых жидкостей с собственным паром. У углеводоро­да гептана С7Н16 s=20, у воды s=73, у ртути s =480. Для большинства металлов а вблизи точки плавления лежит между 500 и 2000 эрг/см2. У малолетучих тел поверхностное натяжение на границе с воздухом характеризует молекуляр­ные силы сцепления. Из уравнения (1) f=sb, считая s=500 эрг/см2, а b=4•10-8 см, находим f=2•10-5 дин. Эта сила очень мала — она соот­ветствует весу двух стотысячных долей милли­грамма! Но помножьте ее на все n1 молекул, и вы получите идеальную, т. е. наибольшую, прочность твердого тела на разрыв:

Pm=f n1=f/b2»1010 дин/см2.

Стержень из такого материала сечением 1 см2 выдержит вес 10 m!

КАПЛИ НА ПОВЕРХНОСТИ. СМАЧИВАНИЕ. ФОРМА ЖИДКИХ ТЕЛ

Если каплю жидкости поместить на глад­кую сухую поверхность, например на стеклян­ную пластинку, то она либо полностью расте­чется, покрыв пластинку пленкой, либо оста­нется на месте. В первом случае произойдет полное смачивание: силы сцепления жид­кости с твердым телом на их общей границе, т. е. силы прилипания, превысят сцепление молекул самой жидкости; во втором — силы

413