Модуль по химии №4
1. Какие явления относятся к поверхностным?
Для индивидуальных веществ поверхностное натяжение постоянно (ζ = const, dζ = 0). В этих случаях самопроизвольно могут протекать процессы, сопровождающиеся уменьшением площади межфазной поверхности (dS1,2<0). К поверхностным явлениям, связанным с уменьшением поверхности, можно отнести:
стремление капель жидкости или пузырьков газа принять сферическую форму (сферические частицы имеют самую маленькую удельную поверхность);
слипание твѐрдых частиц дисперсной фазы (коагуляция);
слипание капель в эмульсиях или пузырьков газа в пенах (коалесценция);
рост кристаллов.
Если площадь межфазной поверхности остается постоянной, то это возможно за счет уменьшения поверхностного натяжения (dζ<0), которое может быть обусловлено процессом адсорбции.
2. Поверхностное натяжение жидкостей (определение и формула для расчета). Механизм возникновения поверхностного натяжения. Факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения.
Поверхностное натяжение – это удельная свободная поверхностная энергия, т.е. свободная поверхностная энергия, приходящаяся на единицу межфазной поверхности.
Избыток поверхностной энергии, приходящейся на 1 м2 межфазной поверхности, характеризуется поверхностным натяжением (ζ). Бесконечно малое изменение поверхностной энергии Гиббса (dG) с изменением величины площади поверхности при постоянных р и Т равно
dG = ζdS,
где dS –бесконечно малое изменение площади поверхности; σ – коэффициент поверхностного натяжения. Из приведѐнного выражения следует (при постоянстве числа молей компонентов n):
Таким образом, поверхностное натяжение можно представить как частную производную от величины энергии Гиббса по величине межфазной поверхности при р = const и Т=const и постоянных числах молей компонентов.
3. Дайте определение понятию “адсорбция”. Основные термины (адсорбент, адсорбтив, адсорбат, десорбция).
Изменение концентрации растворенного вещества в поверхностном слое раствора (или вообще на границе раздела фаз) называется адсорбцией.
Адсорбция вещества – обратимый процесс, заканчивающийся установлением адсорбционного равновесия, при котором скорость адсорбции равна скорости обратного процесса – десорбции.
Твердое вещество, на поверхности которого накапливается другое вещество, называется адсорбентом, а поглощаемое вещество – адсорбтивом. Уже адсорбированное вещество называется адсорбатом.
4. Деление адсорбции в зависимости от природы действующих сил на химическую и физическую. Примеры.
Физическая адсорбция обусловлена межмолекулярным взаимодействием за счет сил Ван-дер-Ваальса (ориентационных, индукционных и дисперсионных) или водородной связью. Поэтому для этого вида адсорбции характерны: обратимость, неспецефичность, экзотермичность.
Химическая адсорбция осуществляется при взаимодействии адсорбента с адсорбатом с образованием химической связи. Энергия возникающих при этом связей 40 – 400 кДж/моль. Хемсорбция практически необратима, специфична и локализована. Повышение температуры усиливает химическую адсорбцию.