Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Коллоидная химия - экзамен.docx
Скачиваний:
10
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
853 Кб
Скачать
☆

Дисперсная и полярная составляющие поверхностного натяжения

Силы взаимодействия, определяющие поверхностное натяжение, могут иметь разную природу: дисперсные, водородные, диполь-дипольные, диполь-индуцированные, электростатические взаимодействия. В первом приближении поверхностное натяжение равно суме вкладов каждого из взаимодействий. Поскольку для любого вещества существует дисперсное взаимодействие, то целесообразно выделить их вклад (σd) и вклад всех остальных взаимодействий (σi). Тогда σ=σd+ σi.

Для многих веществ важен вклад полярных взаимодействий σp.

Влияние дисперсных взаимодействий проявляется в особенности в случае неполярных жидкостей. Например, поверхностное натяжение предельных углеводородов растёт с увеличением длины цепи, поскольку дисперсное взаимодействие между молекулами возрастает.

Жидкость

σ, мДж/м2

σd, мДж/м2

σp, мДж/м2

Гексан

18,4

18,4

0

Дийодметан

50,8

50,8

0

Диметилсульфоксид

44,0

36,0

8,0

Глицерин

64,0

34,0

30,0

Вода

72,8

21,8

51,0

Метод избыточных величин Гиббса

Согласно Гиббсу поверхностная энергия описывается выражением:

ΔU=σΔΩ+μΔnNA+TΔS (1)

Отнесём эти изменения к единице площади образованной поверхности, получим следующие удельные величины:

ε=ΔU/ΔΩ; η=ΔS/ΔΩ; Γа=Δn/(ΔΩNA) (2)

Параметр ε(Дж/м2) представляет полную поверхностную энергию. Параметр η (Дж/(м2К)) называется поверхностной энтропией; он характеризует изменение степени порядка при образовании поверхностного слоя. Параметр Γа (моль/м2) называется автоадсорбцией; он характеризует изменение плотности вещества в поверхностном слое. Термин «автоадсорбция» подчёркивает, что данная система однокомпонентная.

С учётом (2) выражение (1) примет вид:

ε=σ+μΓа+Tη (3)

Уравнение (3) относится для описания состояния плоской поверхности раздела фаз в однокомпонентной системе, где параметры ε, η, Γа – это не абсолютные значения внутренней энергии, энтропии и массы поверхностного слоя, а избыточные величины по сравнению с соответствующими параметрами контактирующих объёмных фаз.

Капиллярное давление

Капиллярным давлением (pc, Па) называется разность давлений (±Δр), возникающая вследствие искривления поверхности жидкости. Такую поверхность, например, имеют капли в эмульсиях и туманах, капиллярные мениски. Обозначим давление под искривлённой поверхностью жидкости – рr, давление под плоской поверхностью жидкости – p0. Капиллярное давление определяется уравнением: pc=±pr-p0 (1)

Знак капиллярного давления зависит от знака кривизны. Выпуклые поверхности имеют положительную кривизну.

Центр кривизны выпуклой поверхности находится внутри соответствующей фазы (в данном случае – внутри жидкости). Тогда, согласно уравнению (1) капиллярное давление рс>0, т.е. давление под выпуклой поверхностью жидкости больше, чем давление плоской поверхности: рr>рс. Пример дисперсные частицы с выпуклой поверхностью – капля жидкости в аэрозоле или эмульсии. Выпуклую поверхность имеет мениск несмачиваемой жидкости в капилляре.

Вогнутые поверхности имеют отрицательную кривизну, поэтому капиллярное давление рс<0 (этому случаю соответствует отрицательный знак в уравнении (1)). Давление жидкости рr под вогнутой поверхностью меньше, чем под плоской: рr<рс. Пример – мениск смачиваемой жидкости в капилляре.