"Коллоидная химия" по теме "Молекулярные взаимодействия"
advertisement
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
