40. Поверхностное натяжение и методы его определения.

Поверхностное натяжение :сила, отнесенная к единице длины, или работа, затрачиваемая на создание единицы площади поверхности раздела фаз при постоянной температуре. (размерность Дж/м2).

— Поверхностное натяжение (σ) выражает тенденцию поверхностей к стягиванию

Величина поверхностного натяжения чистой жидкости при данной температуре на данной границе раздела есть величина строго определенная.

  Величина поверхностного натяжения растворов зависит от:

—  - природы растворителя,

— -природы растворенного вещества,

— - от концентрации раствора

Существуют два типа методов определения поверхностного натяжения: статические и динамические.

Динамические методы, например метод колебания струи, вытекающей из отверстия неправильной формы, позволяют измерить поверхностное натяжение вновь образованной поверхности сразу после ее образования.

Статическими методами измеряют поверхностное натяжение на границе раздела фаз, пришедших в равновесие. Если равновесие между фазами устанавливается достаточно быстро, то статическое поверхностное натяжение можно измерить достаточно просто. Если же равновесие устанавливается за очень длительный промежуток времени, особенно при переходе одного из компонентов системы через границу раздела фаз, то ни один из методов не дает истинного значения равновесного поверхностного натяжения. В этом случае говорят о полустатических значениях поверхностного натяжения и в обязательном порядке следует оговаривать продолжительность образования новой поверхности раздела фаз.

Наибольшее распространение получили следующие методы определения поверхностного натяжения жидких межфазовых границ: 

· метод измерения массы или глубины погружения предмета в исследуемую жидкость (метод Вильгельми);

· метод измерения геометрических размеров свободных поверхностей раздела фаз (лежащая, висящая или вращающаяся капля, сидящий или висящий пузырек);

· сталагмометрический метод (метод счета капель);

· метод измерения усилия отрыва предмета от поверхности раздела фаз (отрыва цилиндра - метод Падди, отрыва кольца - метод Дю-Нуи);

· метод измерения капиллярного поднятия жидкости;

· метод измерения максимального давления в пузырьке газа или капле жидкости (метод Шредингера).        

41. Адсорбционные равновесия на неподвижных границах раздела фаз. Физическая адсорбция и хемосорбция.

Все поверхности раздела в зависимости от агрегатного состояния граничных фаз делят на два класса:

подвижные поверхности раздела между жидкостью и газом ( ж- г)и двумя несмешивающимися жидкостями ( ж-ж).

неподвижные поверхности раздела между твердым телом и газом (т-г), твердым телом и жидкостью (т-ж), тверд. Телом и тверд. Телом (т-т).

Граница раздела фаз газ-твердое тело

Внутри твердого тела, частицы, образующие его решетку правильно чередуются в соответствии с его кристаллической структурой, причем силы их взаимодействия уравновешены. Состояние частиц на поверхности твердого тела иное, вследствие чего поверхность твердого тела притягивает молекулы вещества из соседней газовой фазы. В результате концентрация этого вещества на поверхности становится больше, чем в объеме газа, т.е. газ адсорбируется поверхностью твердого тела.

Типы адсорбционных взаимодействий

Взаимодействие между частицами адсорбата и адсорбента может иметь различный характер, в зависимости от этого различают несколько видов адсорбции.

Физическая адсорбция обусловлена силами Ван-дер-Ваальса, возникающими между частицами адсорбата и адсорбента. Она обратима и уменьшается с ростом температуры.

Химическая адсорбция (хемосорбция) обусловлена химическими силами. Она необратима и увеличивается с ростом температуры (например, адсорбция кислорода на поверхности металла)

Адсорбция происходит на поверхности раздела газ/твердое тело, раствор/твердое тело, газ/жидкость, жидкость/жидкость.

Адсорбция бывает мономолекулярная (на поверхности раздела образуется слой адсорбата толщиной в одну молекулу) и полимолекулярная (на поверхности раздела образуется полимолекулярный слой адсорбата)

Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом.

Адсорбат(адсорбтив) - это вещество, адсорбирующееся на поверхности адсорбента.

В зависимости от характера взаимодействия между молекулой адсорбата и адсорбентом А. принято подразделять на физическую А. и хемосорбцию. Менее прочная физическая адсорбция.

Она обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия, которые связывают молекулы в жидкостях и некоторых кристаллах и проявляются в поведении сильно сжатых газов.

При хемосорбции молекулы адсорбата и адсорбента образуют химические соединения.

Часто А. обусловлена и физическими и химическими силами, поэтому не существует чёткой границы между физичекой А. и хемосорбцией.

Адсорбированные молекулы рано или поздно покидают поверхность молекулы — десорбируются. Время, в течение которого молекула находится на поверхности, называется временем Адсорбции.

Времена А. могут колебаться в очень широких пределах. Скоростью А. (соответственно скоростью десорбции) называется количество молекул, адсорбирующихся (или десорбирующихся) за единицу времени, оба значения величин относят к единице поверхности или массы адсорбента.

Скорость хемосорбции, как и скорость любого химического процесса, чаще всего увеличивается с повышением температуры. Если скорости А. и десорбции равны друг другу, то говорят, что установилось адсорбционное равновесие. В состоянии равновесия количество адсорбированных молекул остаётся постоянным сколь угодно долго, если неизменны внешние условия (давление, температура и др.).