1.3. Поверхнева енергія

Мінімальна енергія, необхідна для утворення одиниці площі поверхні поділу фаз в умовах сталого об'єму і сталої температури, називається поверхневою енергією чи енергією поверхні поділу.

У зв'язку з тим, що в атомах на поверхні з одного боку немає сусідніх атомів, їх енергія більша, ніж енергія атомів усередині ґратки. Надлишок енергії атомів на поверхні зумовлює виникнення поверхневої енергії.

Поверхнева енергія відіграє значну роль у процесах нанесення покриття. Поверхнева енергія твердої кристалічної основи, на яку наносять покриття, характеризується анізотропією.

Анізотропія неоднаково визначається розміщенням атомів на гранях кристалів на поверхні для граней із різними індексами. Повна поверхнева енергія кристала визначається сумою поверхневих енергій усіх його граней.

Теоретичне та експериментальне визначення поверхневої енергії є складною задачею. Найбільш достовірні результати дає визначення її за допомогою рівнянь, що пов'язують теплоту сублімації з ближнім порядком у кристалі. Ця теорія використовується здебільшого для оцінки поверхневої енергії металів і оксидів.

Мірою сил міжатомного зчеплення твердого тіла може служити енергія зв'язку, або, що те саме, енергія ашомізації Е5. Енергія зв'язку — це енергія, необхідна для поділу твердого тіла на нейтральні атоми. Прийнято вважати, що для металів енергія зв'язку £5 дорівнює теплоті сублімації металу АН$.

Значення £5 зазвичай знаходять розрахунковим шляхом, користуючись напівемпіричними залежностями.

Розглянемо кристал, що містить у собі І моль речовини, з координаційним числом Z. У ньому є N атомів, а кількість

зв'язків дорівнює N . Оскільки міжатомні сили діють на короткій відстані, то можна припустити, що поверхнева енергія виникає завдяки зв'язкам між найближчими сусідами. Отже, енергія одиничного міжатомного зв'язку Е{ дорівнює теплоті сублімації Л//5, поділеній на загальну кількість зв'язків: