Большая Советская Энциклопедия (КА)

Большая Советская Энциклопедия

Капиллярная конденсация

Капилля'рная конденса'ция, конденсация пара в капиллярах и микротрещинах пористых тел или в промежутках между тесно сближенными твёрдыми частицами. Необходимым условием К. к. является смачивание жидкостью поверхности тела (частиц). К. к. начинается с адсорбции молекул пара поверхностью конденсации и образования менисков жидкости. При вогнутой форме менисков давление насыщенного пара над ними, согласно Кельвина уравнению , ниже, чем давление насыщенного пара p_o над плоской поверхностью. В результате К. к. происходит при более низких давлениях пара, чем давление насыщения p_o. Объём сконденсировавшейся в порах жидкости достигает предельной величины при внешнем давлении пара р = р_о.

В этом случае поверхность раздела жидкость — газ имеет нулевую кривизну (плоскость, катеноид ), Сложная капиллярная структура пористого тела может служить причиной капиллярного гистерезиса — зависимости количества сконденсировавшейся в порах жидкости не только от давления пара, но и от предыстории процесса, т. е. от того, как было достигнуто данное состояние: в процессе конденсации или же в ходе испарения жидкости, К. к. увеличивает поглощение (сорбцию ) паров пористыми телами, в особенности вблизи точки насыщения паров. К. к. используется в промышленности для улавливания жидкостей тонкопористыми телами (сорбентами ). Большую роль К. к. играет также в процессах сушки, удержания влаги почвами, строительными и др. пористыми материалами (см. Капиллярные явления ).

Лит.: Курс физической химии, под ред. Я. И. Герасимова, 2 изд., т. 1, М., 1969.,

Н. В. Чураев.

Капиллярная химия

Капилля'рная хи'мия, устаревшее название физико-химии поверхностных явлений, входящей как составная часть в современную коллоидную химию .

Капиллярное давление

Капилля'рное давле'ние, разность давлений по обе стороны искривленной поверхности раздела фаз (жидкость — пар или двух жидкостей), вызванная её поверхностным (межфазным) натяжением. См. Капиллярные явления .

Капиллярное кровообращение

Капилля'рное кровообраще'ние движение крови в мельчайших сосудах — капиллярах обеспечивающее обмен веществ между кровью и тканями, К. к. осуществляется вследствие разности гидростатических давлений в артериальном и венозном концах капилляра . Давление в артериальном конце равно 30—35 ммрт. ст. что на 8—10 мм превышает онкотическое давление плазмы крови, под влиянием этой разности давлении вода и многие растворённые в ней вещества (кроме высокомолекулярных белков) переходят из плазмы крови в тканевую жидкость, принося к тканям необходимые для жизнедеятельности вещества. По мере продвижения крови по капилляру гидростатическое давление падает и в венозном конце капилляра равно 12—17 рт. ст., что примерно на 10 мм ниже онкотического давления крови. Вследстствие этого вода и растворённые в ней вещества переходят из тканевой жидкости в плазму. Тем самым обеспечивается удаление продуктов обмена из тканей. Величина К. к. соответствует интенсивности обмена веществ. Так, в состоянии покоя на 1 мм² поперечного сечения скелетной мышцы приходится 30—50 функционирующих капилляров; при интенсивной деятельности мышцы их количество возрастает в 50—100 раз.

И. Н. Дьяконова.

Капиллярные волны

Капилля'рные во'лны,волны на поверхности жидкости малой длины. В восстановлении равновесного состояния поверхности жидкости при К. в. основную роль играют силы поверхностного натяжения .

Капиллярные явления

Капилля'рные явле'ния, физические явления, обусловленные действием поверхностного натяжения на границе раздела несмешивающихся сред. К К. я. относят обычно явления в жидких средах, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с др. жидкостью, газом или собственным паром. Искривление поверхности ведёт к появлению в жидкости дополнительного капиллярного давления Dp , величина которого связана со средней кривизной r поверхности уравнением Лапласа: Dp = p₁— p₂. = 2s₁₂ /r , где (s₁₂ — поверхностное натяжение на границе двух сред; p₁ и p₂ — давления в жидкости 1 и контактирующей с ней среде (фазе ) 2. В случае вогнутой поверхности жидкости (r < 0) давление в ней понижено по сравнению

с давлением в соседней фазе: p₁ < p₂ и Dp < 0. Для выпуклых поверхностей (r > 0) знак Dp меняется на обратный. Капиллярное давление создаётся силами поверхностного натяжения, действующими по касательной к поверхности раздела. Искривление поверхности раздела ведёт к появлению составляющей, направленной внутрь объёма одной из контактирующих фаз. Для плоской поверхности раздела (r = yen) такая составляющая отсутствует и Dp = 0.

К. я. охватывают различные случаи равновесия и движения поверхности жидкости под действием межмолекулярных сил и внешних сил (в первую очередь силы тяжести).

В простейшем случае когда внешние силы отсутствуют или скомпенсированы, поверхность жидкости всегда искривлена. Так, в условиях невесомости ограниченный объём жидкости, не соприкасающейся с др. телами, принимает под действием поверхностного натяжения форму шара. Эта форма отвечает устойчивому равновесию жидкости, поскольку шар обладает минимальной поверхностью при данном объёме, и, следовательно, поверхностная энергия жидкости в этом случае минимальна.

Форму шара жидкость принимает и в том случае, если она находится в другой, равной по плотности жидкости (действие силы тяжести компенсируется архимедовой выталкивающей силой, см. Архимеда закон ). При нескомпенсированной силе тяжести картина существенно меняется Маловязкая жидкость (например, вода), взятая в достаточном количестве, принимает форму сосуда, в который она налита. Её свободная поверхность оказывается практически плоской, т.к. силы земного притяжения преодолевают действие поверхностного натяжения, стремящегося искривить и сократить поверхность жидкости. Однако по мере уменьшения массы жидкости роль поверхностного натяжения снова становится определяющей: при дроблении жидкости в среде газа или газа в жидкости образуются мелкие капли или пузырьки практически сферической формы (см. Капля ).

Свойства систем, состоящих из многих мелких капель или пузырьков (эмульсии, жидкие аэрозоли, пены), и условия их образования во многом определяются кривизной поверхности частиц, т. е. К. я. Не меньшую роль К. я. играют и при образовании новой фазы: капелек жидкости при конденсации паров, пузырьков пара при кипении жидкостей, зародышей твёрдой фазы при кристаллизации .

При контакте жидкости с твёрдыми телами на форму её поверхности существенно влияют явления смачивания , обусловленные взаимодействием молекул жидкости и твёрдого тела. На рис. 1 показан профиль поверхности жидкости, смачивающей стенки сосуда. Смачивание означает, что жидкость сильнее взаимодействует с поверхностью твёрдого тела (капилляра, сосуда), чем находящийся над ней газ. Силы притяжения, действующие между молекулами твёрдого тела и жидкости, заставляют её подниматься по стенке сосуда, что приводит к искривлению примыкающего к стенке участка поверхности. Это создаёт отрицательное (капиллярное) давление, которое в каждой точке искривленной поверхности в точности уравновешивает давление, вызванное подъёмом уровня жидкости. Гидростатическое давление в объёме жидкости при этом изменений не претерпевает.

Если сближать плоские стенки сосуда таким образом, чтобы зоны искривления начали перекрываться, то образуется вогнутый мениск — полностью искривленная поверхность. В жидкости под мениском капиллярное давление отрицательно, под его действием жидкость всасывается в щель до тех пор, пока вес столба жидкости (высотой h ) не уравновесит действующее капиллярное давление Dp . В состоянии равновесия

(r₁ — r₂ ) gh = Dp= 2s₁₂ /r ,

где r₁ и r₂ — плотность жидкости 1 и газа 2; g — ускорение свободного падения. Это выражение, известное как формула Д. Жюрена (J. Jurin, 1684—1750), определяет высоту h капиллярного поднятия жидкости, полностью смачивающей стенки капилляра. Жидкость, не смачивающая поверхность, образует выпуклый мениск, что вызывает сё опускание в капилляре ниже уровня свободной поверхности (h < 0).

Капиллярное впитывание играет существенную роль в водоснабжении растений, передвижении влаги в почвах и др. пористых телах. Капиллярная пропитка различных материалов широко применяется в процессах химической технологии.

Искривление свободной поверхности жидкости под действием внешних сил обусловливает существование т. н. капиллярных волн («ряби» на поверхности жидкости). К. я. при движении жидких поверхностей раздела рассматривает физико-химическая гидродинамика .