ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Рассматриваются так же понятия
когезии
и
адгезии
. Эти два понятия описывают два вида межмолекулярных взаимо-
действий – внутри фазы и между фазами.
Взаимодействие молекул, атомов, ионов внутри одной фазы называется когезия (сцепление). Взаимодействие между
контактирующими поверхностями конденсированных тел различной природой называется адгезией (прилипанием).
Когезия обеспечивает существование вещества в конденсированном состоянии. Адгезия обеспечивает соединение оп-
ределенной прочности между двумя телами.
Рассмотрены количественные характеристики когезионного взаимодействия. Работа когезии
W
к
определяется затратой
энергии на разрыв тела по сечению. Так как при разрыве образуются две единичные поверхности, то работа когезии равна
удвоенному значению поверхностного натяжения на границе с газом:
W
к
= 2σ
2,1
. Адгезия – результат стремления системы к
уменьшению поверхностной энергии, поэтому адгезия является самопроизвольным процессом. Работа адгезии
W
а
– это ра-
бота разрыва межмолекулярных связей на поверхности раздела фаз, отнесенная к единице площади. Рассматривается связь
между работой адгезии и поверхностным натяжением на примере соединения двух конденсированных взаимно нераствори-
мых фаз. При совмещении этих поверхностей (нанесение одного на другое) происходит явление адгезии. Так как система
остается опять двухфазной, на границе раздела образуется поверхностное натяжение σ
2,3
. В результате энергия Гиббса
уменьшается на величину, равную работе адгезии, т.е. ∆
G
+
W
а
= 0 или
W
а
= – ∆
G
. Для начального и конечного состояния
G
нач
= σ
2,1
+ σ
3,1
и G
кон
= σ
2,3
. Изменение энергии Гиббса в процессе адгезии описывается уравнением Дюпре:
W
а
= – ∆
G
=
σ
2,1
+ σ
3,1
– σ
2,3
.
Отсюда следует, что работа адгезии тем больше, чем больше начальное поверхностное натяжение компонентов и
меньше поверхностное натяжение после соединения.
3.2.3. Основы капиллярных явлений
Процесс адсорбции часто сопровождается конденсацией паров поглощаемого вещества в капиллярных порах адсорбен-
та, присоединением молекул поглощаемого вещества по месту ненасыщенных валентностей элементов, составляющих кри-
сталлическую решетку адсорбента, и другими процессами.
Рассмотрим поведение жидкости в тонком капилляре, опущенном в сосуд с жидкостью. В этом случае можно считать,
что мениск имеет сферическую форму. При условии смачивания поверхности капилляра (острый угол θ) будет образовы-
ваться искривление с отрицательным радиусом кривизны (вогнутый мениск). В результате давление жидкости под поверх-
ностью мениска будет пониженным по сравнению с давлением под плоской поверхностью на 2σ/
r
. Жидкость будет подни-
маться по капилляру до тех пор, пока капиллярное давление не уравновесится гидростатическим давлением столбика жидко-
сти, т.е.
∆
p
= (ρ – ρ
0
)
gh
,
где ρ и ρ
0
– плотности жидкости и ее насыщенного пара (или воздуха);
g
– ускорение свободного падения;
h
– высота подъе-
ма столбика жидкости (рис. 3.3,
а
).
Кривизна поверхности определяется условиями смачивания, т.е. значением краевого
угла θ. Радиус кривизны мениска
r
связан с радиусом капилляра через соотношение
r
=
r
0
/cosθ (рис. 3.3,
б
). Высота поднятия жидкости в капилляре определяется формулой Жюре-
на:
gr
h
)(
cos2
00
ρ−ρ
θσ
=
.
Капиллярные явления возможны и между не полностью погруженными пластинами,
расположенными близко друг к другу.
Рассмотренные поверхностные явления вызваны самопроизвольным снижением по-
верхностной энергии за счет уменьшения поверхностного натяжения.
3.2.4. Физическая и химическая адсорбция
Сначала проиллюстрируем различия химической и физической адсорбции на зависимости потенциала взаимодействия
ζ(
r
) от межатомного расстояния
r
(рис. 3.4).
Рис. 3.4. Схема зависимости потенциала межмолекулярного
взаимодействия от межатомного расстояния:
1
– при химической адсорбции;
2
– при физической адсорбции
Такой метод наглядной иллюстрации различий между химической и физической адсорбцией был предложен в 1932 г.
Леннард-Джонсом. Пусть для конкретности эти графики условно изображают адсорбцию кислорода на платине.
а
)
б
)
Рис. 3.3. Поднятие жидкости
в смачиваемом капилляре
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 94
- 95
- 96
- 97
- 98
- …
- следующая ›
- последняя »
