Термодинамический подход к поверхности

Свободная энергия Гиббса

Критерием для самопроизвольного протекающего процесса при постоянном давлении и температуре служит уменьшение т.е. .

Для процессов при постоянной объеме и температуре служит энергия Гельмгольца

Если процессы идут в конденсированной фазе или постоянном объеме, то

.

Химический потенциал компонента системы характеризует изменение свободной энергии системы при добавлении этого компонента к при постоянных давлении,температуре и количестве других веществ

, или аналогично

Появление поверхности или поверхностей раздела ведет к увеличению энергии системы.

Поверхностное натяжение - определяется как обратимая работа, необходимая для для увеличения поверхности жидкости на единичную площадь

Дифференциал свободной энергии Гиббса следующий

Поверхностное натяжение для твердых тел определяется как обратимая работа по созданию новой поверхности путем добавления новых атомов на поверхность. Распределение нескольких сортов атомов на границе определяется суммарным понижением свободной энергии и характеризуется сильным влиянием малых количеств веществ с низким поверхностным нантяжением. Эти вещества концентрируются в поверхностном слое, уменьшая поверхностное натяжение. Кислород и сера могут понизить поверхностное нантяжение жидкого железа от 1,84 н/м до 1,2 н/м при добавлении всего 0,05 %. То же справедливо для поверхностей твердых металлов, карбидов и нитридов. Поверхностная энергия для твердых веществ может превышать поверхностную энергию для жидкого состояния на .