Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Такая точка зрения означает также, что отмечаемое упорядочение на поверхности представляет собой весьма универсальное свойство всех жидкостей.
Независимо от деталей теоретической трактовки, важно отметить следующие общие положения, отчетливо видные из приведенных примеров:
1) 1-2 молекулярных слоя дают экспериментально обнаружимый вклад в отражение; при наблюдении "на просвет" этот вклад не обнаруживается.
2) Из анализа параметров отраженного света можно извлечь весьма большую информацию о структуре поверхности, процессах кристаллизации и др.
§ 25] ЯВЛЕНИЯ ОТРАЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ 209
3) Отсюда же можно получить информацию о моно-молекулярных адсорбционных слоях на поверхности, ее загрязнениях.
4) Независимо от применимости изложенных теорий, экспериментально доказана высокая чувствительность параметра эллиптичности к самым разнообразным факторам и влияниям.
5) Описанный метод по существу является "нулевым", ибо эллиптичность характеризует отличия структуры поверхности от объема.
В последнее время предложена строгая теория отражения , от поверхностного мономолекулярного слоя, лежащего на подложке. Подложка рассматривается как классическая континуальная среда с показателем преломления v=n-Ы, а излучение молекул слоя рассчитывается методами квантовой электродинамики. Далее анализируется интерференция сферических волн, рассеянных молекулами адсорбата, и плоских волн от подложки (получаемых макроскопическим расчетом обычного типа). Молекулы слоя характеризуются компонентами поляризуемости в направлениях _L и [[ поверхности. Расчет проведен для нескольких газов, адсорбированных на кремниевой подложке, поэтому провести прямое сравнение с формулами Сивухина затруднительно; однако расхождение получается не более 50-70%, что в данном случае вполне удовлетворительно.
Если среда обладает пространственной дисперсией, отражение при наличии поверхностного слоя может быть рассчитано по формулам, упомянутым в гл. 5 (ссылка [25]), где, однако, параметры ух, уг, в', в" должны быть выведены на основании микротеории в духе расчетов § 23; ожидаемая добавочная эллиптичность вдали от резонансов по оценкам должна быть менее 10-4. В работах [18, 19] были проведены измерения для оптически активных жидкостей - скипидара и расплава бензола, однако добавочный эффект не обнаруживался; вероятно, это обусловлено его малостью (ср. § 18 и ссылки [2, 3] гл. 4).
Во всех изложенных теориях решалась статическая задача, т. е. не учитывалось взаимодействие с фоно-нами. Между тем, фононный спектр у поверхности - иной, нежели в объеме [10]; здесь кроме обычных
Н В. А. Кизель
210
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ
[ГЛ. 6
рэлеевских капиллярных волн1), существуют особые поверхностные моды [57, 58].
Эти вопросы особенно важны для молекулярных кристаллов и для инфракрасной области (см. стр. 222).
§ 26. Явления в растворах
Как известно, в смесях и растворах взаимодействия молекул с одноименными и разноименными соседями различны. Это различие особенно явно и удобно проявляется для наблюдения в поверхностных слоях, где велика асимметрия и анизотропия поля; эти слои обеднены более сильно взаимодействующими молекулами того компонента, у которого поверхностное натяжение сильнее. Таким образом, на поверхности имеется слой ("слой Гиббса"), существенно отличающийся по свойствам от толщи раствора. Исследование этого слоя позволяет судить об указанных взаимодействиях и о характере поля. Оценка толщины этого слоя дает сведения о радиусе действия сил. Экспериментальных доказательств существования такого слоя весьма много [15, 25, 28, 59, 60], однако сведений о толщине его почти нет; мало известно также о его свойствах.
В работе [26] толщина слоя Гиббса определена порядка 8 слоев, как и для чистых жидкостей. Существование этого слоя доказывалось, в частности, методом измерения эллиптичности отраженного света [35]; в водных растворах неорганических солей (где поверхностный слой обогащен водой) значения р не отличались от значений для воды.
Теоретический анализ для бинарных растворов проведен в работах [20]. Вычисления для поверхности раздела бинарного изотропного раствора с его паром показали, что толщина адсорбционного слоя с температурой возрастает (см. ниже). Для этого случая отличия в структуре слоя с температурой не меняются или меняются мало, и р должно быть больше, чем для компонент, и расти с температурой.
Автор и А. Ф. Степанов измеряли величину р для смесей бензол - хлорбензол и бензол - бензиловый
') Для последних ноказано [1], что они прямого вклада в эллин точность не дают.
Явления в растворах
211
спирт; в обоих случаях бензол служит поверхностно-активной компонентой с очень слабой температурной зависимостью. В первом случае [61] адсорбционный слой мономолекулярен, во втором - полимолекулярен. Значения р для соответствующих чистых жидкостей близки (и температурный ход у них подобен), поэтому при комнатной температуре р мало отличается (рис. 68, а) от р
Рг'О
200 \
150 10LГ
Рг'°
р!0°
6. дин/см
50
2 150 >50
1 1:0,05
