Поверхностные явления. Котиков Д.А.
-
Upload
dzmitry-kotsikau -
Category
Science
-
view
118 -
download
4
Transcript of Поверхностные явления. Котиков Д.А.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
И ОСОБЫЕ СВОЙСТВАПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
Котиков Дмитрий Анатольевич
Доцент кафедры физической химииБелорусского государственного университета
кандидат химических наук, доценткандидат химических наук, доцент
• Межфазная поверхность• Молекулярные взаимодействия• Поверхностные явления• Поверхностная энергия (поверхностное натяжение).• Термодинамика поверхностных явлений.• Адгезия, растекание, смачивание
АДГЕЗИЯ. РАСТЕКАНИЕ. СМАЧИВАНИЕ.
dG ds sd
Поверхностные явления
ds < 0, σ = const•сферическая форма капель•коагуляции•коалесценции•изотермическая перегонка•рекристаллизация
dσ < 0, s =(≠) const•адгезия•смачивание•растекание•адсорбция
dG < 0
Когезия(от лат. cohaesus – сцепленный) внутрифазное взаимодействие
Притяжение атомов и молекул внутри отдельной фазы
Адгезия(от лат. adhaesio – прилипание) межфазное взаимодействие
Взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз разной природы(
Смачивание и растекание – это адгезионные взаимодействия между жидким и твердым или жидким и жидким телами.
• склеивание материалов• нанесение лаков, красок, металлических покрытий • печать• крашение
Атомы металла
Молекулы краски
211
1
1
3
1
3
2σ12
σ12
σ12
σ32
σ13
Схема, иллюстрирующая понятия когезии и адгезии
Когезия Адгезия
Работа (энергия) когезии (Wк) – работа, необходимая для разрыва однородной объемной конденсированной фазы
Wразр = –Wк = –∆Gк
∆Gк = Gкон – Gнач = σ12 + σ12 – 0 = 2σ12;
Wразр = –Wа = –∆Gа,
∆Gнач = σ13;
∆Gкон = σ32 + σ12 – σ13;
∆Gа = Gкон – Gнач = σ32 + σ12 – σ13;
Работа (энергия) адгезии (Wа) – работа, необходимая для разрыва адгезионного слоя
Wк = 2σ12
Wа = σ32 + σ12 – σ13
уравнение Дюпре
Смачивание – разновидность адгезии, относящаяся к взаимодействию типа ЖТ.
Контактное Иммерсионное
Дифференциальная теплота смачивания – это теплота, которая выделяется при нанесении на поверхность при данной степени ее заполнения бесконечно малого количества жидкости. Это характеристика поля поверхностных сил.
Интегральная теплота смачивания – теплота, которая выделяется при нанесении определенного количества жидкости на единицу площади поверхности.
Ребиндер: критерий гидрофильности поверхности твердого тела - отношение удельных теплот смачивания поверхности водой и каким-либо углеводородом. Чем больше теплота смачивания, тем сильнее взаимодействие.
воды
УВ
1q
q поверхность гидрофобна
поверхность гидрофильнаводы
УВ
1q
q
ВеществоКоэффициент
гидрофильностиКрахмал
КварцАктивированный уголь
20,02,00,4
Поведения капли жидкости на поверхности твердого тела при контакте с газовой фазой
ЖГ
Т
σтг σтж
σжг
θ
∆G = 0, G= Gmin - состояние равновесия (p, T = const)
ТГ ТЖ ЖГ cos уравнение Юнга
Реально: ϴ < 180o
Wа > 0
a ТГ ЖГ ЖТW
2к ЖГW ТГ ТЖ ЖГ cos к
a 1 cos2
WW
2cos а к
к
W W
W
Уравнение Дюпре-ЮнгаУравнение ЮнгаУравнение Дюпре
ЖГ
Т
σтг σтж
σжг
Система «твердое тело – газ – жидкость»
Растекание – распределения жидкости по поверхности другой жидкости или твердого тела.
2cos а к
к
W W
W
Уравнение Дюпре-Юнга
cos 90o = 0cos 0o = 1cos 180o = –1
поверхностные пленки!
Wа > 0
Как увеличить смачивание?
p a кf W W W
Работа растекания (Wр) = коэффициент растекания ( f )
Бензол Ж1
Вода Ж2a Ж Г Ж Г Ж Ж1 2 1 2
W
к Ж Г1
2σW
a к Ж Г Ж Г Ж Ж2 1 1 2
f W W
Ж Ж Ж Г Ж Г1 2 2 1
f=0
Правило Антонова
Ж Г Ж Г1 2
Взаимно насыщенныежидкости
Реальные тела не идеально гладкие и однородные!
На угол θ влияют:
• Загрязнения• Адсорбированные слои
• Химическая неоднородность• Пленка оксидов
истш
ид
Sk
S
a ш ТГ ЖТ ЖГW k
Шероховатость поверхности(микрогеометрия)Увеличение смачиваемости!
Гистерезис смачивания
• Капля жидкости на поверхности твердого тела - пузырек воздуха при контакте с теми же жидкостью и твердым телом
• Химическая неоднородность
• Загрязнения• Микрогеометрия• Наклонная поверхность• Тонкие смачивающие
пленки
сильныйгистерезис!
растворение