Геометрические параметры поверхностного слоя

Общие термодинамические параметры поверхностного слоя

Термодинамика и строение поверхностного слоя

Межфазные поверхности могут существовать только при наличии конденсированных жидкой или твердой фазы, они определяют форму и строение поверхностного слоя. Следует отметить большую подвижность молекул жидкости и практическую неподвижность молекул и атомов твердого тела, что и определяет свейства поверхностей жидких и твердых тел. Среднее время жизни молекулы воды на поверхности составляет 10^-7 с.

Межмолекулярные силы обеспечивают наличие поверхностного слоя определенной толщины, что обычно составляет несколько молекул. Чем больше межмолекулярные силы, тем меньше толщина поверхностного слоя. Благодаря подвижности жидкости ее поверхность является гладкой и сплошной, или эквипотенциальной, т.е. все точки поверхности энергетически эквивалентны.

Поверхность твердого тела в отличие от жидкости долгое время остается такой же, как она была в момент образования. Однако многие твердые тела обладают пластичностью и при определенных условиях могут течь, т.е. как и жидкости, они могут характеризоваться объемной и поверхностной подвижностью. Время жизни, например, молекулы вольфрама на поверхности составляет 10³² с. Поверхность твердого тела редко бывает эквипотенциальной. Межфазную поверхность твердое тело-жидкость определяет профиль твердого тела.

Рассмотрим параметры поверхности:

1). Удельная поверхность тела определяется отношением площади поверхности к объему тела:

(3.1)

где - площадь поверхности между фазами 1 и 2.

Это же отношение определяет удельную поверхность дисперсной системы.

Общая поверхность между фазами может быть отнесена как к объему дисперсной фазы, так и к объему дисперсионной среды, обычно относят к объему дисперсной фазы.

Для монодисперсных систем определяют одной частицы, а для определения умножают на число частиц данного размера.

Для сферических частиц:

(3.2)

Для кубических частиц:

Для частиц любой формы:

где К – коэффициент формы частицы

Часто удельную поверхность относят к массе дисперсной фазы (или дисперсной среды), тогда учитывается плотность вещества.

(3.3)

- плотность поверхности дисперсной фазы

- удельная поверхность дисперсной фазы

Дисперсные системы с одинаковыми по размеру дисперсными частицами называются монодисперсными, а с неодинаковыми размерами полидисперсными. Реальные системы полидисперсны.

Наиболее конкретной характеристикой дисперсности является кривизна поверхности, определяемая производной площади поверхности по объему:

(3.4)

Это величина применяется для характеристики поверхности неправильной формы. Найдем эту производную для сферической частицы радиуса r:

Для частицы неправильной формы кривизна ее поверхности в данной точке рассчитывается по уравнению:

, (3.5)

где r₁ и r₂ – радиусы окружностей, полученных при прохождении через поверхность и нормаль к ней в данной точке двух перпендикулярных плоскостей.

Кривизна может быть положительной и отрицательной. Положительна, если центр окружности находится внутри тела, и отрицательна, когда центр окружности вне тела.

Размер молекул составляет доли нанометра (1 нм = 10^-9 м); размеры частиц гетерогенных дисперсных систем достигают единиц нанометра. Следовательно, удельная поверхность может иметь значение тысяч квадратных метров на см³ или грамм дисперсной фазы.

Дата добавления: 2014-01-11