Отсутствие прямых экспериментальных методов измерения межфазной энергии на границе раздела твердое тело расплав σтр. вызывает необходимость проведения косвенных измерений. В частности, в эксперименте относительно легко измеряются поверхностная энергия расплава σрп. и угол смачивания расплавом поверхности твердого тела θ. Затем, используя уравнение Юнга рассчитывают поверхностную энергию твердого тела σтп. и межфазную энергию на границе раздела твердое тело-расплав. К сожалению, попытки вывести соотношение, связывающее величину межфазной энергии на границе раздела твердое тело-расплав с поверхностной энергией гомогенных фаз, до настоящего времени не увенчались успехом. Не установлена также прямой связи между краевым углом и межфазной энергией на границе раздела твердая фаза-расплав. Поэтому в литературе используются различные приближения. В частности, широко используется приближение Рэлея, связывающее межфазную энергию σтр. с поверхностной энергией твердой σтп. и жидкой σрп. фаз [1-4] и др.
.( 1)
В настоящей работе, используя приближение Рэлея, развита термодинамическая теория, позволяющая произвести расчеты межфазных характеристик в конденсированных системах.
Суть приближения Рэлея состоит в предположении о том, что изменение свободной энергии адгезии ΔFаij есть геометрическое среднее между изменениями свободной энергии гомогенных фаз
(2)
где i и j - относятся к отдельным фазам в частности, в случае контакта твердого тела и расплава, i означает твердое тело, а j - расплав (жидкость).
Над теоретическим обоснованием предположения Рэлея в последнее время работали многие авторы. В частности, в работах [1-4] и др. подробно рассмотрены возможные варианты его применения к расчету удельной свободной поверхностной энергии различных типов твердых тел.
Анализ расчетных формул, выведенных в литературе с применением приближения Рэлея показывает, что численные результаты σтп и σтр, полученные с их помощью, не согласуются с экспериментальными данными.
Недостатком работ, в которых используется приближение Рэлея, по нашему мнению, является игнорирование изменения всех поверхностей при образовании границ раздела фаз.
В настоящей работе для устранения противоречий результатов теории с экспериментом, при выводе формул для sтп и sтр, нами учтены последние замечания.
Как известно, при образовании новых поверхностей, изменение свободной энергии (численно равное работе образования новых поверхностей раздела фаз), равно
, (3)
где ΔFi, ΔFj - изменения свободных энергий при образовании гомогенных фаз, ΔFij- гетерогенной фазы, ΔFijα -изменение свободной энергии адгезии i-ой и j-ой фаз. В связи с тем что теория образования гомогенных и гетерогенных фаз в настоящее время хорошо разработана и является общеизвестной, поэтому запишем без вывода, получающиеся формулы для работ образования критических зародышей соответствующих фаз
, 
, 
. (4)
Из формулы (2), получим
. (5)
В формулах (4) и (5) Δμ - изменение химического потенциала одной частицы, отнесенный к единице объема соответствующей фазы.
Подставляя (4) и (5) в (3), после некоторых преобразований, получим формулу для расчета σтп.
(6)
Подстановка формулы (6) в уравнение Юнга для косинуса краевого угла, дает формулу для расчета межфазной энергии между твердой и жидкой фазами σтр.
σтр = σрп (1 + cosθ + cos2θ). (7)
Отметим, что формулы (6) и (7) позволят определить межфазные энергии σтп и σтр из данных экспериментально измеримых величин σрп и θ - поверхностной энергии расплава и угла смачивания в системах, в которых отсутствуют химические реакции между твердым телом и расплавом (жидкостью).
Используя формулы (6) и (7) - составлена таблица относительных значений межфазных энергий в зависимости от краевого угла θ, что позволит исследователям быстро и с достаточной для практики точностью, произвести расчеты σтп и σтр для различных типов твердых тел, находящихся в контакте с различными расплавами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Good R.J, Girifalco L.A A theory for estimation of surface and interfacial ener gies. Estimation of surface energies of solids from contact angle data // j. phys. chem. 1960. V.64.P.561-565.
- Zisman W.A. Relation of the equilibrium contact angle to liquid and solid constitution// Adυan. Chem.Ser.1964.№43.p.1-51.
- Rhee S.K. A method for determining surface energies of solids: temperature-variant contact angle method// Mater. Sci-and Eng. 1977.V.16,№1.Р 45-51.
- Good J. Surface free Energy of solids and liquids: Thermodiynamic, molecular and structure// J. of colloid and interface Sci. 1977. V.59, №3. Р 398-419.