21. Смачивание. Работа когезии и отгезии.

Рассмотрим поведение капли воды и ртути на поверхности стекло:

1. Капля воды: наблюдается смачивание, т.е. капля частично растеклась по стеклу.

2. Ртути: наблюдается не смачивание; капля слегка расплющилась под действием силы тяжести.

Θ-краевой угол явл. мерой смачивания. Образуется между поверхностью жидкости проведённой в т. С лежащей на периметре смачивания и смачиваемой поверхностью твёрдого тела.

Условие равновесия:

σ_t=σ_тж+σ_жcosΘ (1) σ_жcosΘ – горизонтальная составляющая действующая вдоль поверхности тв. тела.

CosΘ=(σ_т-σ_тж)/σ_ж (2)

Угол Θ зависит от природы 3-ёх контактирующих фаз.

1) σ_т>σ_тж жидкость пониж. поверхностное натяжение следовательно наблюдается смачивание

0<cosΘ<1 0<Θ<90⁰ (3)

2) σ_т<σ_тж жидкость увеличивает поверхностное натяжение следовательно наблюдается явление не смачивания.

-1<cosΘ<0 90⁰<Θ<180⁰

Если Θ приблизительно =0 в таком случае наблюдается полное смачивание либо полное растекание.

Если Θ=90⁰ граничное явление; (Θ=180⁰( на практика 160⁰))

(1) и (2)- уравнение Юнга. Применение уравнений Юнга (1) и (2) затруднено из-за отсутствия достоверных данных по величине σ_тж. Для определения условия смачивания пользуются критерием соотношения работы когезии и отгезии.

W_а- характеризует силы сцепления между 2-я различными в-ми. Это работа разрыва по межфазному слою, расчете на 1 см² к поверхности при постоянной Т. При разрыве межфазного слоя образуются 2-е поверхности: поверхность тв. (σ_т), поверхность ж. (σ_ж).

σ_т+σ_ж=σ_тж+W_a (4)

W_a= σ_т+σ_ж- σ_тж (5) уравнение Дюпре

W_а тем больше, чем сильнее молекулярное притяжение ж. к тв.

W_к – характеризует силы сцепления между молекулами одного в-ва. Работа разрыва столба в-ва с поперечным сечением 1 см² при постоянной Т. При разрыве образуются 2-е новые поверхности, которые характеризуются σ_ж .

W_к=2σ_ж (6)

Решим совместно уравнение (1) и (5) CosΘ=(W_a-σ_ж)/σ_ж (7)

При смачивании CosΘ>0, тогда W_a- σ_ж>0

Из уравнения (6) следует: W_a-1/2W_к>0 (8) условие смачивание

W_a-1/2W_к<0 (9) условие не смачивание

Смачивание играет большую роль при протекании химических процессов как природных так и технических.

Явление смачивания используют в процессах разделения и обогащения руд методом флотации.

22. Пав. Адсорбция на границе раздела жидкость - газ.

ПАВ - органические соединения в молекулах которые одновременно входит полярная группа и не полярный углеводородный радикал. Молекулы ПАВ переходя в водный раствор стремятся выйти полярной - вниз, не полярной - вверх. Молекулы ПАВ являются дефильными и имеют 2-ое сродство. Молекулы ПАВ покрывают поверхность раствора слоем толщиной в 1 молекулу поверхности натяжения. σ(H₂O) уменьшается за счет концентрирования молекул ПАВ над раствором.

ПАВ понижает поверхностное натяжение воды концентрируя на поверхности фаз- адсорбция. Адсорбирующие в-ва которые понижают поверх. натяж.- ПИВ.

ПИВ - сильные электролиты. В большей степени распределяются по всему V фаз.

Адсорбция считается 0-ой не оказ. влияние σ, т.к. распределяется равномерно в V фаз и на её поверхности.

σ ПИВ

ПАВ

с

Адсорбция является самопроизвольным процессом который сопровождается уменьшением свободной поверхностной энергии за счет уменьшения поверсного натяжения.

Г моль/м²

Связь адсорбции с концентрацией раствора в-ва выражается уравнением Гиббса:

АГ=-c/RT(dσ/dc)

c – ровновестная концентрация;

(dσ/dc) – поверхностная активность

Если (dσ/dc)<0 то Г>0 ПАВ

Если (dσ/dc)>0 то Г<0 ПИВ

(dσ/dc)=0 то Г=0 пов. инд. в-ва.

Поверхностная активность определяется графически

σ

b ПАВ

a c

tgα= - (dσ/dc)= - (a/b)

Рассмотрим изотерму физической адсорбции

c d

b

Г

a

a – b – область малой концентрации

b – c – область средней концентрации

c – d – область высоких концентраций(адсорбция не зависит от дальнейшего увеличения С)