Физические свойства поверхностных слоев

взаимодействуют при наиболее плотной укладке с 12 соседними . Результирующая

всех сил взаимодействия стремится к нулю. Частица, находящаяся на поверхности, взаимодействует с 6 соседними. Равнодействующая сил притяжения со стороны соседей F направлена внутрь тела. Иначе говоря, F действует на граничную молекулу. Поскольку энергия сил притяжения отрицательна, то поверхностная частица обладает энергией, избыточной по сравнению с находящимися внутри (поверхностной энергией). Избыточная энергия характеризует способность к межмолекулярному
притяжению поверхностей, которое называют
адгезией. Адгезия проявляется в прилипании.
Притяжение между слоями атомов внутри тела
называют когезией. Наличие нескомпенсированных
связей у граничных частиц приводит к
оседанию на поверхности молекул окружающей
среды, что снижает запас поверхностной
энергии. Процесс поглощения поверхностью
молекул называется адсорбцией. В результате
уменьшения запаса поверхностной энергии
выделяется теплота адсорбции.

Физическая адсорбция связана с притяжением инородных молекул за счет сил

Ван-дер-Ваальса. Хемосорбция вызвана действием валентных связей. Поверхность в разных точках имеет разную поверхностную энергию. Микродефекты обладают повышенной адсорбционной активностью. За счет физической адсорбции на поверхности молекулы газов и воды оседают в первую очередь на активных участках - центрах адсорбции. Сорбированные молекулы вступают в химическую реакцию с материалом. Так протекает окисление поверхностей, вызывающее коррозию. Образуется окисная пленка.
Сорбированная влага и температура стимулируют процесс окисления. Рост окисной пленки сначала происходит быстро, затем замедляется. Пленки различают по толщине: тонкие (толщина до 40 нм), средние (до 500 нм), толстые – видимые (толщиной более 500 нм). Окислы бывают мягкими и рыхлыми, например, у меди, железа и его сплавов (ржавчина). Твердые и сплошные пленки образуются на алюминии, благородных металлах. Свойства окисных пленок обычно существенно отличаются от свойств материала основы. Наиболее важными являются коэффициент теплового расширения, хрупкость, соотношение адгезионной и когезионной прочности. Из-за различия в свойствах пленки могут растрескиваться и отслаиваться, что существенно влияет на изнашивание при трении.

молекул поверхностноактивных веществ (ПАВ). К ним относятся, в частности, органические

вещества, молекулы которых имеют полярные группы (OH, COOH, NH2) и неполярные - CH2 (рис.). Молекулы ПАВ активными группами сорбируются на активных центрах поверхности, образуя молекулярный ворс, который разделяет пару контактирующих поверхностей и существенно снижает трение. ПАВ, адсорбированные на поверхности твердого тела, способны изменять характер взаимодействия с жидкостью (смачивание). В зависимости от того, как ориентируются молекулы ПАВ по отношению
к твердой поверхности, последняя может хорошо
смачиваться (гидрофильная) или плохо (гидрофобная
поверхность). Так, если молекулярный ворс
направлен полярными группами к поверхности,
а противоположные концы являются
неполярными, то смачивание хорошее, если
ориентация молекул противоположная – смачивание
плохое.

При смачивании 0 ˂ θ ˂ π/2 , при несмачивании

π/2 ˂ θ < π.











Поскольку система стремится сократить запас поверхностной энергии, то тело пытается уменьшить площадь поверхности. Капля жидкости принимает сферическую форму, так как сфера имеет наименьшее отношение площади поверхности к объему. Поэтому поверхность находится в растянутом состоянии, и если из нее выделить элемент, то действие оставшейся части на элемент можно заменить равнораспределенными по контуру силами натяжения.

подъеме либо опускании уровня жидкости в капилляре на высоту:






Капиллярный эффект

имеет большое значение для пористых тел. Он используется для подачи масла в зону трения в подшипниках с пористыми втулками. Адсорбированные молекулы ПАВ, понижая поверхностное натяжение, уменьшают сопротивление пластической деформации поверхностного слоя, пластифицируют его. Это явление называют эффектом П.А.Ребиндера. Материал легче обрабатывается, поэтому в состав смазочно-охлаждающих жидкостей, применяемых при механической обработке металлов, добавляют ПАВ. Вторым проявлением эффекта является проникновение молекул ПАВ в систему микротрещин и места скопления дислокаций. Добираясь до устья микротрещины, молекулы ПАВ, стремясь к началу устья, действуют как клин, раздвигают микротрещину, и она продвигается дальше внутрь материала. Так понижается прочность всего тела, которое при определенных условиях без силового воздействия может распасться на мелкие блоки.