Фазовый переход второго рода не сопровождается поглощением или выделением теплоты.

При фазовых переходах второго рода скачкообразно меняются свойства вещества: теплоёмкость, вязкость, ферромагнитные свойства, электрические свойства и т. д.

Примеры фазовых переходов второго рода:

переход ферромагнетик-неферромагнетик при температуре Кюри;

переход в сверхпроводящее состояние при сверхнизких температурах;

переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние при сверхнизких температурах;

переход кристалла из одной модификации в другую (металлы, графит-алмаз, лёд и т. д.);

полимерные переходы жидких кристаллов; при этом меняются оптические свойства.

Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение. Смачивание.

Жидкое состояние занимает промежуточное положение между твердым и газообразным и сочетает некоторые свойства обоих этих состояний. Так, жидкость, подобно твердому телу, имеет определенный объем, а подобно газу, принимает форму сосуда, в котором находится. В газах кинетическая энергия теплового движения частиц намного больше потенциальной энергии их взаимного притяжения, в твердых и жидких телах силы межмолекулярного притяжения уже существенны и удерживают молекулы на определенном расстоянии друг от друга. Согласно рентгенографическим исследованиям, расположение частиц в жидкости также занимает промежуточное положение. В газах нет закономерности расположения молекул, а в твердом теле имеет место дальний порядок, т. е. упорядоченное расположение частиц на расстояниях много больше межатомных. В жидкостях наблюдается ближний порядок, т. е. упорядоченное расположение частиц на расстояниях порядка межатомных.

Жидкое состояние, занимая промежуточное положение между твердым и газообразным, является особенно сложным по свойствам; единой теории жидкостей к настоящему времени не разработано. Большие заслуги в изучении жидкостей принадлежат Я.И. Френкелю. Тепловое движение молекул жидкости он объяснял тем, что каждая молекула в течение некоторого времени колеблется около положения равновесия, после чего скачком переходит в новое положение на расстояние порядка межатомного. С повышением температуры частота колебаний молекул и их подвижность возрастают, а вязкость снижается.

Напомним, что вязкость определяется из соотношения:

где F — сила внутреннего трения, S — поверхность трения. Температурная зависимость вязкости жидкостей приблизительно описывается соотношением:

η=η₀exp(−Δ W / kT), где ΔW — энергия перехода молекул из одного положения равновесия в другое.

В жидкостях с удлиненными молекулами обнаруживается одинаковая ориентация молекул в значительном объеме, что приводит к анизотропии оптических и некоторых других свойств. Такие жидкости называются жидкими кристаллами.

Для некоторых твердых веществ (например, для стекла) характерен ближний порядок расположения частиц, как для жидкости. Такие вещества называются аморфными, для них переход в жидкое состояние при нагревании происходит непрерывно; поэтому аморфные твердые вещества рассматриваются как переохлажденные жидкости с очень высокой вязкостью.

Поверхностное натяжение.

На каждую молекулу жидкости со стороны окружающих молекул действуют силы притяжения, быстро убывающие с расстоянием; начиная с некоторого минимального расстояния (~ 10^-9 м) данными силами можно пренебречь. Это расстояние называется радиусом молекулярного действия r, а сфера радиуса r — сферой молекулярного

действия.

Внутри жидкости на молекулу А действуют другие молекулы, при этом силы их действия скомпенсированы. Для молекулы В на поверхности жидкости равнодействующая этих сил отлична от нуля и направлена внутрь жидкости, т. к. в газе над поверхностью жидкости концентрация молекул намного меньше, чем в жидкости. Поэтому результирующие силы всех молекул поверхностного слоя оказывают на жидкость давление, называемое молекулярным, или внутренним. Это давление обусловлено только взаимодействием молекул жидкости и не действует на помещенное в жидкость тело.

На молекулы поверхностного слоя также действуют силы F, которые лежат в плоскости, касательной к поверхности жидкости. Для всех молекул внутри площадки S эти силы скомпенсированы, а для молекул вдоль контура площадки равнодействующие этих сил отличны от нуля, направлены наружу нормально к контуру и касательны к поверхности жидкости. Эти силы называются силами поверхностного натяжения.

Для перехода молекулы из глубины жидкости в поверхностный слой необходимо совершить работу против сил, действующих в нем; эта работа совершается молекулой за счет убывания кинетической энергии. Поэтому поверхностный слой обладает дополнительной потенциальной энергией, носящей название поверхностной энергии:

Δ E =σΔ S,

где σ — поверхностное натяжение (плотность поверхностной энергии).

Состояние устойчивого равновесия характеризуется минимумом потенциальной энергии. Поэтому жидкость стремится сократить площадь свободной поверхности. Если при этом ограничивающий жидкость контур смещается на Δx внутрь жидкости, то силы поверхностного натяжения за счет убывания поверхностной энергии совершают работу

Δ A =Δ E = F Δ x = f ΔℓΔ x, где Δℓ — участок длины контура, а ΔℓΔx = ΔS — изменение площади поверхностного слоя. Из сопоставления выражений для ΔE и ΔA видно, что σ=f,

т. е. поверхностное натяжение равно силе поверхностного натяжения на единицу длины контура, ограничивающего поверхность. Единица поверхностного натяжения в системе СИ — ньютон на метр (Н/м) или джоуль на квадратный метр (Дж/м²). С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается за счет увеличения среднего расстояния между молекулами.

Поверхностное натяжение сильно зависит от примесей в жидкости. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — вещества, уменьшающие поверхностное натяжение. Например, мыло снижает поверхностное натяжение воды с ~7.5·10^-2 Н/м до ~4.5·10^-2 Н/м. Другие вещества, напротив, увеличивают поверхностное натяжение за счет того, что их молекулы взаимодействуют с молекулами жидкости сильнее, чем молекулы жидкости между собой. Например, поваренная соль увеличивает поверхностное натяжение воды.

Смачивание.

Если граничат друг с другом сразу три среды — твердая, жидкая и газообразная — то система принимает конфигурацию с минимальной суммарной потенциальной энергией (поверхностной, в поле тяготения и т. д.). Контур, по которому граничат три среды, располагается на поверхности твердого тела так, что сумма проекций всех сил, приложенных к каждому элементу Δℓ контура, на касательную к поверхности твердого тела равна нулю. При этом условие равновесия элемента Δℓ контура имеет вид:

σ_тгΔℓ=σ_тж Δℓ+σ_жгΔℓcosθ.

Угол θ внутри жидкости между касательными к поверхностям твердого тела и жидкости называется краевым углом. Из условия равновесия контура жидкости имеем:         

По этому выражению краевой угол определяется только в тех случаях, когда

≤1

Данное       неравенство не выполняется в 2 случаях:

1) σ_тг>σ_тж+σ_жг : как бы ни был мал краевой угол, сила поверхностного натяжения на границе твердое тело — газ перекомпенсирует остальные силы, и жидкость неограниченно растекается по поверхности твердого тела; при этом имеет место полное смачивание, краевой угол равен нулю;

2) σ_тж>σ_тг+σ_жг : как бы ни был краевой угол близок к 180°, сила поверхностного натяжения на границе твердое тело — жидкость перекомпенсирует остальные, и поверхность раздела жидкой и твердой сред стягивается в точку; при этом имеет место полное несмачивание, краевой угол равен 180°.

При соблюдении условия ≤1 краевой угол может быть острым или тупым в зависимости от соотношения между σ_тг и σ_тж. При σ_тг > σ_тж краевой угол острый и имеет место частичное смачивание, в противном случае имеет место частичное несмачивание.

Смачивание и несмачивание относительны, т. к. жидкость, смачивающая одну твердую поверхность, не смачивает другую. Например, вода смачивает стекло, но не смачивает парафин.

Несмачивание приводит к удержанию на поверхности жидкости твердых тел с плотностью больше, чем у жидкости (например, удержание на поверхности воды смазанной жиром иголки, «плавание» печатной платы на поверхности травильного раствора H₂O+CuSO₄+NaCl).

Смачивание применяется в технике, например, при флотационном отделении руды от пустой породы: измельченную руду взбалтывают в жидкости, смачивающей пустую породу и не смачивающей минерал, и продувают воздух через эту смесь. При этом пустая порода тонет, а минерал всплывает и удерживается на поверхности жидкости силами поверхностного натяжения. Также при механической обработке металлов их смачивают специальными жидкостями.