Поверхностное натяжение. Особые свойства поверхности раздела фаз

Особые свойства поверхности раздела фаз.

Классификация дисперсных систем

а. По агрегатному состоянию дисперсионной среды системы мо­гут быть газовыми, жидкими и твердыми (всего 8 видов)

Г – газовые смеси являются гомогенными

Ж – туман, аэрозоль, облака

Т – дым, смог, порошки.

Г - пены

Ж – эмульсии

Т – золи, суспензии, взвеси

Г – пемзы, пенопласт

Ж –минералы

Т – сплавы, сталь, чугун.

б. По размеру частиц дисперсно й фазы (по степени дисперсно­сти)

<10^-9м	10^-9-10^-7м	10^-7-10^-5м	>10^-5м
Истинные рас­творы.	Ультрамикро- гетерогенные системы (кол­лоидные)	Микрогетеро- генные сис­темы	Грубодисперс­ные системы.

в. По форме частиц дисперсной фазы:

· одномерные (пленки, мембраны);

· двумерные (нити, волокна, капилляры);

· трехмерные (твердые частицы, капли, пузырьки, поры)

Если хотя бы одно измерение имеет коллоидные размеры, такая система является объектом изучения коллоидной химии

г. По характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсион­ной средой:

– лиофобные («не любят» среду)

– лиофильные («любят» среду)

Чем больше раздроблена дисперсная фаза, то есть чем больше дисперсность и мельче частицы, тем больше площадь поверхно­сти раздела фаз. Так, кубик с ребром 1 см имеет суммарную пло­щадь поверхности 6 см². При дроблении его на кубики с ребром 1 мм. площадь поверхности увеличивается в 10 раз и т.д.

Рис 1.1. Увеличение площади поверхности при дроблении

В человеческом организме суммарная площадь поверхности кожи 1,5 м², альвеол легких 1000м², эритроцитов 3000 м².

На любой поверхности раздела фаз поверхностные молекулы обладают более высоким запасом энергии, чем глубинные моле­кулы. Рассмотрим двухфазную систему, например «Г-Ж».

– для глубинной молекулы жидкости силы межмолекуляр­ного взаимодействия ее с такими же окружающими ее молеку­лами жидкости одинаковы и их равнодействующая равна нулю (Рис. 1.2).

	Рис. 1.2 Схема межмолекулярных взаимодействий для молекулы жидкости в глубине и на поверхности фазы

– для поверхностной молекулы силы межмолекулярного взаимодействия с такими же молекулами своей фазы выше, чем с газовыми молекулами контактирующей фазы. Поэтому равно­действующая этих сил направлена в глубь жидкой фазы. Так возникает поверхностное натяжение. Преодолевая силы межмо­лекулярного взаимодействия и оставаясь на поверхности, по­верхностные молекулы имеют повышенную (избыточную) энер­гию, чем глубинные.

Избыточной поверхностной энергией называется суммарная энергия всех молекул поверхности раздела фаз. Это – свободная энергия Гиббса, если Р = const, Т = const.

G = σ ∙ S (1.1)

S – суммарная площадь поверхности (м²)

σ - поверхностное натяжение, Дж/м²

Выразим σ из уравнения (1.1)

σ = ; (1.2)

Из уравнения 1.2. видно, что поверхностное натяжение – это удельная поверхностная энергия, т.е. избыточная энергия, приходящаяся на единицу площади поверхности. С другой стороны, поверхно­стное натяжение можно рассматривать как энергию, которую нужно затратить на создание единицы площади поверхности. По­верхностное натяжение чистых веществ при постоянной темпера­туре – это постоянная величина. Поверхностное натяжение зави­сит от многих факторов:

1.природы контактирующих фаз. Чем больше разность их по­лярностей, тем выше поверхностное натяжение. Например, для H₂О (полярная жидкость) σ = 72∙10^-3 Дж/м², а для бензола, C₆H₆ (неполярная жидкость) σ = 29∙10^-3 Дж/м².

2. температуры; с ее повышением σ уменьшается до нуля при критической температуре.

3. способности к образованию водородных связей.

4. агрегатного состояния; у твердых веществ σ всегда значи­тельно выше, чем у жидкостей.

5. присутствия других веществ.

Поверхностное натяжение – это одна из основных характери­стик дисперсных систем.

Дата добавления: 2014-11-20