Поверхностные явления

Состояние вещества на границе раздела фаз энергетически неоднородно. Частицы внутри конденсированной (твёрдой или жидкой) фазы находятся в энергетически уравновешенном состоянии. Поверхностные частицы обладают избытком свободной энергии, которая направлена внутрь фазы (рис.3.12).

Рис. 3.12 ─ Схема описания состояния вещества внутри

конденсированной фазы и на границе раздела фаз

Под поверхностным натяжением σ [Дж/м²] понимают удельную поверхностную энергию, которая равна работе образования единицы площади раздела фаз. Удельная поверхностная энергия зависит от природы вещества и с увеличением температуры уменьшается.

Общая поверхностная энергия Е пропорциональна площади поверхности раздела фаз s: ΔG = σ · s.

Твёрдые тела и жидкости вследствие наличия свободной поверхностной энергии притягивают частицы из соседней фазы, которые либо скапливаются в поверхностном слое (происходит адсорбция), либо поглощаются в объёме сорбента (наблюдается абсорбция). Существо происходящих явлений отражено на рис. 3.13.

Рис. 3.13 ─ Схема абсорбции и адсорбции

Адсорбция ─ процесс самопроизвольный и сопровождается уменьшением энергии Гиббса, выделением теплоты и уменьшением энтропии (происходит упорядочение адсорбированных частиц) поэтому с повышении температуры значение величины энергии Гиббса становится менее отрицательным и при некоторой температуре скорость адсорбции становится равной скорости десорбции:

Адсорбтив может быть веществом:

- поверхностно-активным (снижает поверхностное натяжение);

- поверхностно-инактивным (повышает поверхностное натяжение);

- поверхностно-неактивным (не влияет на поверхностное натяжение).

Особый интерес представляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти вещества имеют длинную неполярную углеводородную цепочку и полярную группу атомов. Схематически строение молекулы ПАВ можно изобразить следующим образом:

——————————О

неполярная часть полярная часть

К полярным принадлежат, например, группы:

—СООН, —ОН, —НSO₃, —NH₂.

Рис. 3.14 — Схема адсорбции ПАВ на границе раздела фаз

Изменение поверхностного натяжения под действием ПАВ влияет на смачиваемость твёрдых тел жидкостью, что находит применение при стирке тканей, очистке различных твёрдых поверхностей от жировых загрязнений, обогащении руд флотацией. Многократно повторяющиеся процессы сорбции и десорбции в динамических условиях, которые приводят к разделению и концентрированию веществ, используются в хроматографических методах анализамногокомпонентных смесей.

---

Дата добавления: 2015-07-11