"Коллоидная химия" по теме "Молекулярные взаимодействия"

реклама
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
И ОСОБЫЕ СВОЙСТВА
ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ
•
•
•
•
•
•
Межфазная поверхность
Молекулярные взаимодействия
Поверхностные явления
Поверхностная энергия (поверхностное натяжение).
Термодинамика поверхностных явлений.
Адгезия, растекание, смачивание
АДГЕЗИЯ. РАСТЕКАНИЕ. СМАЧИВАНИЕ.
dG  ds  sd 
Поверхностные явления
dG < 0
ds < 0, σ = const
•сферическая форма капель
•коагуляции
•коалесценции
•изотермическая перегонка
•рекристаллизация
dσ < 0, s =(≠) const
•адгезия
•смачивание
•растекание
•адсорбция
Когезия
Адгезия
(от лат. cohaesus – сцепленный)
внутрифазное взаимодействие
(от лат. adhaesio – прилипание)
межфазное взаимодействие
Притяжение атомов и молекул
внутри отдельной фазы
Взаимодействие между приведенными
в контакт поверхностями
конденсированных фаз разной природы
Атомы металла
(
Молекулы краски
Смачивание и растекание – это адгезионные
взаимодействия между жидким и твердым или
жидким и жидким телами.
•
•
•
•
склеивание материалов
нанесение лаков, красок, металлических покрытий
печать
крашение
Схема, иллюстрирующая понятия когезии и адгезии
Когезия
1
2
Адгезия
σ12
1
1
σ13
σ12
2
3
1
σ12
1
σ32
3
Работа (энергия) когезии (Wк) – работа, Работа (энергия) адгезии (Wа) – работа,
необходимая для разрыва адгезионного
необходимая для разрыва однородной
слоя
объемной конденсированной фазы
Wразр = –Wк = –∆Gк
Wразр = –Wа = –∆Gа,
∆Gк = Gкон – Gнач = σ12 + σ12 – 0 = 2σ12;
∆Gнач = σ13;
∆Gкон = σ32 + σ12 – σ13;
Wк = 2σ12
∆Gа = Gкон – Gнач = σ32 + σ12 – σ13;
Wа = σ32 + σ12 – σ13
уравнение Дюпре
Смачивание – разновидность адгезии, относящаяся к
взаимодействию типа ЖТ.
Контактное
Иммерсионное
Дифференциальная теплота смачивания – это теплота, которая выделяется при нанесении на
поверхность при данной степени ее заполнения бесконечно малого количества жидкости. Это
характеристика поля поверхностных сил.
Интегральная теплота смачивания – теплота, которая выделяется
определенного количества жидкости на единицу площади поверхности.
при
Ребиндер: критерий гидрофильности поверхности твердого тела - отношение
удельных теплот смачивания поверхности водой и каким-либо углеводородом. Чем
больше теплота смачивания, тем сильнее взаимодействие.
qводы
1
qУВ
поверхность гидрофобна
qводы
1
qУВ
поверхность гидрофильна
Вещество
Крахмал
Кварц
Активированный уголь
Коэффициент
гидрофильности
20,0
2,0
0,4
нанесении
Избирательное смачивание – равновесие Ж1-Ж2-Т
Поведения капли жидкости на поверхности твердого тела при контакте с
газовой фазой
σжг
Г
σтг
θ
Ж
σтж
Т
∆G = 0, G= Gmin - состояние равновесия (p, T = const)
ТГ  ТЖ  ЖГ cos 
Реально: ϴ < 180o
Wа > 0
уравнение Юнга
Система «твердое тело – газ – жидкость»
σжг
Г
σтг
Ж
σтж
Т
Wa 
Wa  ТГ   ЖГ   ЖТ
Wк  2 ЖГ
Уравнение Дюпре
ТГ  ТЖ  ЖГ cos 
Wк
1  cos 
2
2Wа  Wк
cos  
Wк
Уравнение Юнга
Уравнение Дюпре-Юнга
cos 90o = 0
cos 0o = 1
cos 180o = –1
Wа > 0
2Wа  Wк
cos  
Wк
Уравнение Дюпре-Юнга
Wа < ½W к – несмачивание (полное несмачивание)
½Wк < Wа < Wк – смачивание
Wа > Wк – растекание жидкости (равновесный ϴ не устанавливается!)
поверхностные пленки!
Растекание – распределения жидкости по поверхности другой
жидкости или твердого тела.
Как увеличить смачивание?
Адгезия способствует растеканию и
смачиванию, а когезия препятствует!
Органические жидкости с малым σ хорошо смачивают твердые тела!
Wа велика когда природа контактирующих тел близка!
Wа определяет гидрофильность и олеофильность (гидрофобность)
ϴ - плохой критерий «фильности»!
Работа растекания (Wр) = коэффициент растекания ( f )
f  Wp  Wa  Wк
Взаимно насыщенные
жидкости
Бензол Ж1
Wa  Ж Г  Ж
1
Г
2
 Ж Ж
Вода Ж2
1 2

Wк  2σ Ж Г
1
f  Wa  Wк  Ж
f=0
Г  Ж Г
2
1
 Ж Ж
1 2
Ж Ж  Ж
Г  Ж Г
1 2
2
1
Правило Антонова
Ж Г  Ж Г
1
2

Ж Ж  Ж
1 2
Г
2
 Ж Г
1
Хорошо выполняется для систем «органическая жидкость-вода»!
Реальные тела не идеально гладкие и однородные!
•
•
•
•
Химическая неоднородность
Пленка оксидов
Загрязнения
Адсорбированные слои
На угол θ влияют:
Шероховатость
поверхности
(микрогеометрия)
Увеличение смачиваемости!
kш 
Sист
Sид
Wa  kш  ТГ   ЖТ    ЖГ
Гистерезис смачивания
•
•
•
•
•
•
Капля жидкости на
поверхности твердого тела
- пузырек воздуха при
контакте с теми же
жидкостью и твердым
телом
Химическая
неоднородность
Загрязнения
Микрогеометрия
Наклонная поверхность
Тонкие смачивающие
пленки
сильный
гистерезис!
растворение
Скачать