Классификация поверхностных явлений

Дисперсные системы, обладающие большим избытком поверхностной энергии, термодинамически неустойчивы; в них самопроизвольно протекают процессы, приводящие к снижению свободной энергии.

Поверхностныеявления – это процессы, происходящие на межфазной поверхности и сопровождающиеся самопроизвольным уменьшением поверхностной энергии G_пов.

Для изобарно-изотермических процессов

G_пов = sS.

Снижение поверхностной энергии G_пов может происходить за счет уменьшения поверхности раздела фаз S и поверхностного натяжения s.

Поэтому все поверхностные явления в дисперсных системах можно разделить на две группы (схема). В первом случае снижение G_пов может быть реализовано за счет образования сферической и идеально гладкой поверхности, укрупнения частиц и механических процессов.

Сферические частицы по сравнению с частицами другой формы обладают минимальной поверхностью. Капли любой жидкости в отсутствие гравитации (например, в кабине космического корабля) принимают сферическую форму.

Идеально гладкая поверхность образуется на границе раздела с газовой фазой. Поверхность воды в стакане всегда идеально гладкая.

При укрупнении частиц уменьшается удельная поверхность.

Снижение поверхностного натяжения может быть вызвано физико-химическими, электрическими, тепловыми процессами (адсорбция, адгезия, образование ДЭС). Физико-химическим процессам сопутствуют тепловые эффекты, связанные с выделением или поглощением тепла.

Классификация поверхностных явлений

6. Поверхностное явление – адсорбция

Основные понятия и определения

Адсорбция– самопроизвольное концентрирование веществ по поверхности раздела фаз.

Адсорбция широко используется при очистке, сушке, разделении и концентрировании жидких и газовых сред. С помощью адсорбции производят очистку и осветление воды, которая в дальнейшем используется для питья. Восприятие человеком запаха и вкуса зависит от адсорбции молекул соответствующих веществ в носовой полости. На явлении адсорбции основана очистка воздуха в противогазах.

Адсорбент – фаза, на поверхности которой происходит адсорбция.

Адсорбируемое вещество имеет два названия:

– адсорбтив– адсорбируемое вещество в объеме раствора;

– адсорбат –на поверхности адсорбента (в адсорбированном состоянии).

Величину адсорбции обычно выражают двумя способами.

Абсолютная адсорбция А_i – количество вещества в поверхностном слое, приходящееся на единицу площади поверхности или единицу массы адсорбента

, моль/м² или моль/г

где – количество i-го компонента в поверхностном слое (адсорбата);
S – площадь поверхностного слоя; m – масса адсорбента.

Избыточная,или гиббсовская, адсорбцияГ_i– избыток i-го компонента в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы, приходящийся на единицу площади поверхности

, моль/м²

где – молярная концентрация i-го компонента в поверхностном слое и объеме фазы соответственно; V_s – объем поверхностного слоя; – количество i-го компонента в объеме фазы.

Если концентрация адсорбируемого вещества на поверхности значительно превышает его концентрацию в объеме, можно принять, что Г = А.

Десорбця – процесс, обратный адсорбции (переход вещества из поверхностного слоя в объем фазы).

В зависимости от природы адсорбционных сил различают физическую и химическую (хемосорбцию) адсорбцию.

При физической адсорбции взаимодействие адсорбента и адсорбата осуществляется за счет сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей, а при хемосорбции – за счет образования химических связей.

В зависимости от агрегатного состояния смежных фаз различают адсорбцию на границе жидкость-газ, жидкость-жидкость, твердое тело-жидкость, твердое тело-газ.