ПОВЕ́РХНОСТНЫЕ ЯВЛЕ́НИЯ

ПОВЕ́РХНОСТНЫЕ ЯВЛЕ́НИЯ, со­во­куп­ность яв­ле­ний, свя­зан­ных с осо­бен­но­стя­ми по­верх­но­стей раз­де­ла, т. е. по­верх­но­ст­ных сло­ёв ме­ж­ду со­при­ка­саю­щи­ми­ся фа­за­ми. П. я. обу­слов­ле­ны на­ли­чи­ем на гра­ни­це раз­де­ла фаз из­быт­ка сво­бод­ной энер­гии, что при­во­дит к по­вы­шен­ной ак­тив­но­сти по­верх­но­ст­но­го слоя и на­хо­дит от­ра­же­ние в скач­ко­об­раз­ном из­ме­не­нии его фи­зич. и хи­мич. свойств. П. я. оп­ре­де­ля­ют­ся дей­ст­ви­ем раз­ных хи­мич. или мо­ле­ку­ляр­ных сил, а так­же мо­гут быть ре­зуль­та­том со­вме­ст­но­го дей­ст­вия мо­ле­ку­ляр­ных и внеш­них сил (напр., си­лы тя­же­сти или на­ло­же­ния элек­трич. по­ля). П. я. на­блю­да­ют­ся на по­верх­но­стях кон­ден­си­ро­ван­ных фаз. Со­про­во­ж­даю­щие­ся ис­крив­ле­ни­ем жид­ких по­верх­но­стей раз­де­ла П. я. на­зы­ва­ют ка­пил­ляр­ны­ми яв­ле­ния­ми.

К П. я., воз­ни­каю­щим на по­верх­но­сти твёр­дых тел, от­но­сят­ся: сма­чи­ва­ние, ад­ге­зия (при­ли­па­ние), тре­ние, воз­ник­но­ве­ние за­ря­да, по­верх­но­ст­ная про­во­ди­мость, ад­сорб­ция, хе­мо­сорб­ция, ге­те­ро­ген­ный ка­та­лиз, кор­ро­зия и др. П. я. име­ют ме­сто и на са­мой по­верх­но­сти, и на внутр. по­верх­но­стях/сло­ях, ко­то­рые об­ра­зу­ют­ся вслед­ст­вие дей­ст­вия по­ля мо­ле­ку­ляр­ных и иных сил, де­фек­тов кри­стал­лич. ре­шёт­ки, зер­ни­стой струк­ту­ры ве­ще­ст­ва, на­не­се­ния мо­но- или по­ли­сло­ёв.

Фор­мы реа­ли­за­ции П. я. яв­ля­ют­ся до­ста­точ­но об­щи­ми для мик­ро- и мак­ро­поверх­но­стей. Клас­си­фи­ци­ро­вать П. я. по­зво­ля­ет объ­е­ди­нён­ное урав­не­ние 1-го и 2-го на­чал тер­мо­ди­на­ми­ки, за­пи­сан­ное в ви­де: $$dG=-SdT+Vdp+\sigma ds=\sum\mu_idn_i+φ dq$$ ($G$ – энер­гия Гиб­бса, $S$ – эн­тро­пия, $T$ – темп-ра, $V$ – объ­ём, $p$ – дав­ле­ние, $σ$ – по­верх­но­ст­ное на­тя­же­ние, $s$ – пло­щадь по­верх­но­сти раз­де­ла фаз, $μ_i$ – хи­мич. по­тен­ци­ал $i$-го ком­по­нен­та, $n_i$ – чис­ло мо­лей $i$-го ком­по­нен­та, $φ$  – элек­трич. по­тен­ци­ал, $q$ – за­ряд). Урав­не­ние вы­ра­жа­ет из­ме­не­ние энер­гии Гиб­бса че­рез ал­геб­ра­ич. сум­му при­ра­ще­ний др. ви­дов энер­гий. В свою оче­редь, пре­вра­ще­ние по­верх­ност­ной энер­гии $σds$ в др. вид энер­гии от­ве­ча­ет оп­ре­де­лён­ным П. я. Стрел­кой 1 ука­зан пе­ре­ход по­верх­но­ст­ной энер­гии в энер­гию Гиб­бса. Та­кой пе­ре­ход име­ет ме­сто, напр., при ад­сорб­ции и ле­жит в ос­но­ве из­ме­не­ния ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­сти с из­ме­не­ни­ем дис­перс­но­сти. Стрел­ка 2 обо­зна­ча­ет пе­ре­ход по­верх­но­ст­ной энер­гии в те­п­ло­ту, ко­то­рый про­ис­хо­дит при ад­сорб­ции, изо­тер­мич. пе­ре­гон­ке и сма­чи­ва­нии и, со­от­вет­ст­вен­но, вы­ра­жа­ет­ся те­п­ло­вы­ми эф­фек­та­ми, со­про­во­ж­даю­щи­ми ад­сорб­цию, кон­ден­са­цию или сма­чи­ва­ние. Пе­ре­ход по­верх­но­ст­ной энер­гии в ме­ха­ни­че­скую ука­зан стрел­кой 3. Та­кой пе­ре­ход, напр., на­блю­да­ет­ся при ад­ге­зии, рас­те­ка­нии и ка­пил­ляр­ном под­ня­тии. Стрел­ка 4 ука­зы­ва­ет на пе­ре­ход по­верх­но­ст­ной энер­гии в хи­ми­че­скую, что со­от­вет­ст­ву­ет та­ким по­верх­но­ст­ным яв­ле­ни­ям, как ад­сорб­ция и ка­та­лиз. На­ко­нец, пе­ре­ход по­верх­но­ст­ной энер­гии в элек­три­че­скую, по­ка­зан­ный стрел­кой 5, при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию на по­верх­но­сти элек­трич. за­ря­да и двой­но­го элек­трич. слоя. Это со­от­вет­ст­ву­ет груп­пе элек­тро­хи­мич. и элек­тро­ки­не­тич. яв­ле­ний, та­ких как элек­тро­оса­ж­де­ние, элек­тро­хи­мич. кор­ро­зия, элек­тро­фо­рез и элек­тро­ос­мос.

Сре­ди чис­то фи­зи­че­ских, не со­про­во­ж­даю­щих­ся хи­мич. пре­вра­ще­ния­ми П. я. мож­но на­звать сле­дую­щие эф­фек­ты: по­верх­но­ст­ную диф­фу­зию, по­верх­но­ст­ную про­во­ди­мость, скин-эф­фект, ре­лак­са­ци­он­ные про­цес­сы и ре­ст­рук­ту­ри­ро­ва­ние по­верх­но­сти, эпи­так­сию, све­то­рас­сея­ние, по­верх­но­ст­ный плаз­мон­ный ре­зо­нанс, по­верх­но­ст­ную са­мо­ор­га­ни­за­цию (са­мо­сбор­ку) на­но­ст­рук­тур и т. д.

Эти и др. эф­фек­ты обу­слов­ле­ны тем, что мо­ле­ку­лы и ато­мы по­верх­но­ст­но­го слоя в си­лу не­ском­пен­си­ро­ван­но­сти свя­зей фор­ми­ру­ют осо­бую струк­ту­ру, а ве­ще­ст­во по­верх­но­сти ха­рак­те­ри­зу­ет­ся осо­бы­ми свой­ст­ва­ми, от­ли­чаю­щи­ми­ся от его свойств в объ­ё­ме.