1. Поверхневі явища та їх класифікація. Вплив дисперсності на властивості тіл

   1. Програма теоретичного курсу

1. Поверхневі явища та їх класифікація

Поверхневі явища - процеси, які відбуваються на поверхні поділу фаз в міжфазному поверхневому шарі, як результат взаємодії цих фаз.

Сукупність дисперсних (подрібнених) тіл та середовища, в якому вони знаходяться, називають дисперсною системою. Фаза, подрібнена і розподілена в дисперсійному середовищі, називається дисперсною фазою, а суцільна фаза, в якій знаходиться дисперсна фаза називається дисперсійним середовищем.

Основні ознаки об’єктів колоїдної хімії – це гетерогенність і дисперсність.

Гетерогенність – це наявність в системі як мінімум двох фаз, що забезпечує утворення міжфазної поверхні.

Дисперсність - це характеристика розмірів частинок дисперсної фази в дисперсній системі.

Дисперсні системи класифікують:

• за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища;

• за будовою частинок дисперсної фази;

• за кінетичними властивостями дисперсної фази;

• за розміром частинок дисперсної фази.

Для класифікації поверхневих явищ використовується об’єднане рівняння І і ІІ законів термодинаміки для рівноважних систем з врахуванням поверхневої енергії:

dG = -SdT + Vdр + _idn_i + dq + dS (1.0),

де n_i - кількість молів і-го компоненту;

q - кількість електрики.

За другим законом термодинаміки в ізобарно-ізотермічних умовах самочинно відбуваються процеси, які йдуть зі зменшенням енергії Гіббса. Якщо вважати, що всі параметри рівняння (1.1) крім  і S не змінюються, або їх зміна в порівнянні зі зміною  і S незначна, тоді зміна енергії Гіббса дорівнює:

dG = dS + Sd ( 1.0)

За цих умов самочинно будуть відбуватися процеси, в результаті яких зменшується поверхневий натяг (d<0): адгезія, адсорбція, електричні та теплові явища на поверхні, або процеси, в результаті яких зменшується площа міжфазної поверхні (S<0): утворення рівної або сферичної поверхні, укрупнення частинок, коагуляція, коалесценція, ізотермічна перегонка.

2. Методи визначення поверхневого натягу

Поверхневий натяг – енергія утворення одиниці площі поверхні.

Капілярний метод (Жюрена) полягає у визначенні висоти h піднімання або опускання рідини в капілярі (1.3) або між паралельними пластинами (1.4) та подальшому розрахунку поверхневого натягу  за рівняннями:

( 1.0)

( 1.0),

де: r – радіус капіляра;

d - відстань між пластинами;

, ₀ - густина рідини і газу (повітря).

У методі максимального тиску в бульбашці (Ребіндера) порівнюють величини тиску і поверхневого натягу рідин з відомим і невідомим значенням поверхневого натягу за співвідношенням:

_x/_o=p_x/p_o ( 1.0),

де _x , _o – невідоме і відоме значення поверхневого натягу;

p_x, p_o - тиск відриву бульбашки для рідини з невідомим і відомим поверхневим натягом.

У сталагмометричному методі (Траубе) прирівнюють вагу краплі з силою, яка діє на неї в момент відриву від капіляра.

( 1.0)

Порівняння рідин з відомим і невідомим поверхневими натягами , _o,_x (відповідно) приводить до співвідношення:

, де ( 1.0),

де: _o, _x – густини рідин;

V_o, V_x - об’єм рідин;

n_o, n_x - кількість крапель рідин, що витікають з капіляру з відомим і невідомим поверхневими натягом.