II тарау беттік құбылыстар мен адсорбция
§ 1. Беттік керілу
Беттік керілу, оны анықтау әдістері физика курсында толық талданады. Сондықтан да бұл тарауда сұйықтар мен қатты денелерде кездесетін беттік керілу туралы қысқаша қарастырамыз. Беттік керілу бетке перпендикуляр бағытта сұйық молекуласын ішке қарай тартатын ішкі қысым күшінің әсерінен пайда болатын құбылыс. Ішкі қысым молекулалық әрекеттесу күштің нәтижесінде пайда болатындықтан, оның мәні зат полюстілігіне тәуелді, яғни берілген заттың полюстігі артқан сайын ішкі қысым да көбейеді. Мысалы, судың ішкі қысымы 14800 атм., бензолдікі 3800 атм. Демек, бензолдан гөрі судың полюстігі артық.
Ішкі қысым сұйықтың беткі қабатына орналасқан молекулаларды ішке тартады және сұйықтың беттік шамасын (ауданын) барынша азайтуға, кішірейтуге тырысады. Сұйықтың беттік мөлшерін азайтуға себепші болатын барлық шектің бірлік өлшеміндегі ұзындығына әсер етуші күшті беттік керілу күші немесе жай ғана беттік керілу дейді. Оның өлшем бірлігі – дин/см және бұл күш сұйық бетіне әрқашан перпендикуляр бағытталған. Сұйықтың беттік қабатын көбейту үшін ішкі қысыммен байланысқан кедергіні жеңуге бағытталған жұмыс жүргізу керек. Мұндағы қайтымды және изотермалық процестің бірлік өлшеміндегі бетті тудыруға арналған жұмыс, осы беттің үлесті бос энергиясына тең және ол эрг/см2-пен өлшенеді. Ал, егер эрг-дин∙см екенін еске алсақ, онда бір шаршы сантиметр бетті жасауға қажетті үлесті бос энергия шамасы осы беттегі беттік керілу күшіне теңеледі екен (дин/см). Олай болса, осы айтылғанға орай беттің үлесті бос энергиясы беттік керілуге тең; бұл екі шамада бір таңбамен (δ) өрнектеледі. Ескерте кететін бір жай, беттік бос энергия жүйенің бір компанентті сұйық болғанда беттік керілу күшіне теңеледі, яғни таза су, бензол, спирт, май сияқты жеке сұйықтардағы беттік бос энергияның шамасы оның беттік керілу күшіне тең екен.
Фазааралық шектің беткі қабатында бос энергияның артық болуын әр түрлі әдістер көмегімен дәлелдеуге болады. Мысалы, сұйық фазаның ішкі ортасына орналасқан молекуланың өзін қоршаған молекулалармен әрекеттесу күші орташа күшке айналады және ол күш өрісінің симметриялы болуына байланысты нөлге теңеледі. Газ бен сұйық фазаларының арасындағы шекті қабаттағы молекулалар газдан гөрі сұйық молекуласымен көбірек әрекеттесетіндіктен, ондағы тең әсерлі күш сұйыққа қарай, яғни сұйық фазаның беткі қабатына перпендикуляр бағытталады. Көлем өзгеріссіз қалатын жағдайдағы беткі қабаттың ауданын көбейту молекулааралық ішкі күшке қарсы жұмыс жүргізу кезінде фаза көлеміндегі молекулаларды беткі қабатқа шығарады. Изотермалық жағдайда жүргізілетін бұл жұмыс беткі қабаттағы бос энергияның артуына тең. Дәл осы сияқты қатты заттарды ұнтақтау кезінде де ондағы байланыс үзіліп, әрбір бөлшек саны артқан сайын беткі қабатта көбейеді және фазааралық беткі қабат артқандықтан, бос энергия жоғарлайды. Мұндай беткі қабат ауданына сәйкес көбейіп отыратын бос энергия туралы ойды кез келген фазааралық беткі қабаттарға пайдалануға болады.
3-сурет Адсорбция изотермасы