Магнитные свойства дисперсных частиц

Размерный эффект проявляется в значительном понижении точки Кюри – температуры перехода из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Для наночастиц Fe, Ni, Co, размерами менее 10 нм, точка Кюри находится на сотни градусов ниже. Такие низкие значения обусловлены тепловыми колебаниями. Энергии малых частиц достаточно, чтобы разрушить упорядоченную ориентацию магнитных доменов и перевести кристалл в парамагнитное состояние. Например, при комнатной температуре для железа значение коэрцитивного поля максимально (20-25 нм). Поэтому такие кристаллы можно использовать в качестве устройств с большой памятью.

Каталитические свойства дисперсных частиц

Наночастицы Au размерами 3-5 нм обладают высокоспецифичной каталитической активностью (при переходе от ГЦК структуры к икосаэдрической структуре наночастиц).

Высокодисперсный катализатор на основе нестехиометрического оксид церий значительно понижает температуру восстановления SO₂.

Повышенную каталитическую активность имеют не только ультрадисперсные частицы, но и тонкие слои катализаторов. Например, MoSi₂ в реакции гидродесульфуризации.

Высокую каталитическую активность проявляют кластеры. Например, кластеры Pd проявляют высокую избирательную каталитическую активность во многих органических реакциях.

Энергетическое и силовое определение поверхностного натяжения

Энергетическое: Поверхностное натяжение – удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры.

Силовое: Поверхностное натяжение – сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхности жидкости.

Факторы, влияющие на поверхностное натяжение

Химическая природа вещества

Самое низкое поверхностное натяжение имеют сжиженные инертные газы. Поверхностное натяжение органических веществ и воды 20-100 мДж/м². Самые высокие значения поверхностного натяжения у жидкостей (~10³мДж/м²) характерны для металлов с высокой Т_пл. У алмаза σ>10⁴мДж/м². Для многих веществ вблизи Т_пл σ~Q.

Температура

dσ/dT<0

Зависимость поверхностного натяжения однокомпонентных жидкостей от температуры линейна. Для растворов имеет место быть критическая температура, при которой двухфазная система жидкость-пар перестаёт существовать и становится однофазной при Т>T_c, т.е. поверхность раздела фаз исчезает.

При линейном характере зависимости α=dσ/dT – температурный коэффициент поверхностного натяжения (α≈0,1-0,2 мДж/м²).

σ=σ₀(1-Т/Т_с)ⁿ – уравнение Ван-дер Ваальса

Где n=1,23 для органических веществ, а для металлов n=1

Природа граничащих фаз

Для поверхностей раздела конденсированных фаз часто применяется термин – межфазное натяжение. Межфазное натяжение – работа образования единицы площади поверхности раздела конденсированных фаз.

Наличие примесей

Во многих случаях поверхностное натяжение очень чувствительно к примесям. Например, поверхностное натяжение Hg реагирует на присутствие Cs в концентрации всего 10^-10 моль/л. В связи с этим это явление может бысть использовано в определении чистоты материала.

Заряд поверхности

Зависимость σ от электрического заряда поверхности называется электрокапиллярным эффектом. Эффект связан с тем, что взаимное отталкивание одноимённых зарядов уменьшает работу, необходимую для увеличения площади поверхности. Эту зависимость описывает уравнение Липпмана: -dσ/dφ=ρ_c

Где φ – электрический потенциал поверхности.

Максимальное значения поверхностного натяжения достигает при ρ_c=0; это так называемая точка нулевого заряда.

Кривизна поверхности жидкости

Поверхностное натяжение очень малых капель или газовых пузырьков меньше, чем у крупных объектов. Приближённая зависимость описывается уравнением Толмена:σ_r=σ/(1+2δ/r).

Где σ – толщина поверхностного слоя.