Реферат
з хімії
на тему:
"Поверхневий натяг і адсорбція накордоні вода-повітря "
2009
Поверхневий натяг як результат асиметріїсил когезії на поверхні
Поверхневенатяг рідин викликає утворення крапель і пов'язане з силами тяжінняміж молекулами. Цісили тяжіння викликають конденсацію пари в рідину. За природою цедисперсійні, диполь-дипольні та індукційні взаємодії, а такожводневі зв'язки. В обсязі рідини молекули піддаються дії цих силтяжіння з усіх боків, в той час як для молекули на поверхні такетяжіння в одному напрямку відсутній. Така асиметрія обумовлюєвиникнення поверхневої енергії і проявляється в поверхневому натягу.Таким чином, поверхневий натяг є прямим наслідком сил когезії врідини.
Рис.1. а - Походженняповерхневого натягу полягає в дисбалансі сил тяжіння для молекули,що знаходиться на поверхні, б -Поблизу поверхні молекули знаходяться на великих відстанях один від одного ітому мають більш високу енергію, в -Залежність енергії міжмолекулярної взаємодії від відстані міжмолекулами
Іншамолекулярне пояснення поверхневого натягу, також корелюють зенергією когезії рідин, ілюструє рис. 1,6. Поблизу поверхні молекулизнаходяться на порівняно великих відстанях один від одного і таким чиноммають велику енергію, як показано на діаграмі, що представляє залежністьенергії від відстані.
Значенняповерхневого натягу деяких індивідуальних рідин наведені в табл.1. Одиниці вимірювання поверхневого натягу - дин/см або мН/м. Дуже вдало,що коефіцієнт переходу з однієї системи одиниць в іншу дорівнює одиниці, ічисельні значення поверхневого натягу в цих системах одиниць збігаються.Так як поверхневий натяг рідин еквівалентно поверхневої енергії,його можна виражати також в одиницях енергії: ерг/см або мДж/м 2 . Вцьому випадку коефіцієнт переведення також дорівнює одиниці. З таблиці 1 видно, щоповерхневий натяг корелює з енергією когезії рідин: діетиловийефір має найнижчу енергію когезії, а ртуть - найвищу.
Всвою чергу енергія когезії визначається дисперсійними силами, що діють врідини. Порівняємо, наприклад, поверхневий натяг хлороформу і бромоформ:молекули останнього більш поляризованість, тому поверхневий натягбромоформ вище, ніж хлороформу. Енергія когезії корелює також з вільнимоб'ємом рідин, що випливає з порівняння поверхневого натягу серіїнормальних алканів: чим більше вільний об'єм, тим менше енергія когезії таповерхневий натяг.
міжфазнихнатяг - це поверхневий натяг або вільна поверхнева енергія накордоні двох несмешивающихся або частково змішуються рідин. Причинанезмішуваності зазвичай полягає у великій різниці сил когезії, що діютьміж молекулами кожної рідини. Тому на міжфазній поверхні виникаєнескомпенсованих сила. Чим більше різниця сил когезії, тим вище міжфазненатяг. При досить невеликій різниці сил когезії рідини змішуютьсяодин з одним. Проблема смешиваемости або незмішуваності задовільноописується теорією регулярних розчинів.
Таблиця1. Поверхневий натяг для деяких рідинпри 25 0 C
Вода
Етанол
Хлороформ
бромоформ
н-Гексан
В«-Октан
н-Додекан
н-гексадекан
Діетиловийефір
Ртуть
7222 27 45 18 22 25 27 17 480
Рис.2. Як і поверхневий натяг, міжфазненатяг обумовлено дисбалансом сил тяжіння для молекул, що знаходяться наміжфазної кордоні
Одиницівимірювання міжфазного натягу співпадають з одиницями вимірювання поверхневогонатягу. Крім того що міжфазне натяг залежить від різниці сил когезії врідинах, воно залежить також від специфічних взаємодій між молекуламидвох рідин. Наприклад, міжфазне натяг на межі вода-октан одно 51мН/м, а міжфазне натяг на межі вода-октанол-тільки 8 мН/м. Абсолютноочевидно, що гідроксильні групи октанола орієнтуються в бік водноїфази, що й забезпечує сильне зниження міжфазного натягу. Таким жечином діють поверхнево-активні речовини, що складаються з полярної групиі гідрофобною частини, які знижують міжфазний натяг між органічнимирідинами та водою.
Вплив розчинених речовин на поверхневийнатяг
Вводних системах розчинені речовини впливають на поверхневий натяг трьомарізними способами. Органічні речовини, розчинні у воді зазвичай монотоннознижують поверхневий натяг у міру збільшення концентрації завдякипереважної адсорбції органічних молекул на поверхні вода-повітря. Проце ми докладніше поговоримо далі.
Поверхнево-активніречовини дуже сильно знижують поверхневий натяг вже при дуже низькихконцентраціях аж до критичної концентрації міцелоутворення, післядосягнення якої поверхневий натяг залишається практично постійним.Таке сильне зниження поверхневого натягу є наслідком адсорбціїмолекул ПАР на поверхні вода-повітря. При концентраціях вище KKM все додатково введене ПАРвитрачається на утворення нових міцел, що забезпечує збереження більш-менш постійної активності молекулярно розчиненого ПАР. Томуповерхневий натяг не змінюється зі збільшенням концентрації ПАР вище ККМ.Електроліти зазвичай збільшують поверхневий натяг розчину, оскількиповерхню збіднена іонами, тобто їх адсорбція на поверхні вода-повітрянегативна.
Рис.3. Вводяться в водну фазу компоненти впливають наповерхневий натяг трьома різними способами
Значення динамічного поверхневого натягу
Динамічнеповерхневий натяг - це зміна поверхневого натягу до моментудосягнення рівноваги. У момент утворення поверхні рідина-повітря складповерхневого шару не відрізняється від складу об'єму рідини і поверхневенатяг за значенням близько до середньоарифметичному значенню поверхневихнатягів індивідуальних компонентів. При рівновазі компонент з більш низькимповерхневим натягом переважно адсорбується на поверхні, поверхневийшар збагачується цим компонентом, а поверхневий натяг розчинузнижується. Цей процес залежить від часу і насамперед від дифузіїкомпонентів до поверхні. В якості прикладу на рис. 4, а наведені дані длясистеми вода-етанол. У момент утворення нової поверхні в цій системі при40%-ної концентрації етанолу в розчині поверхневий натяг односередньоарифметичному значенню поверхневих натягів води і етанолу, іншимисловами, пропорційно до складу розчину. Переважаюча адсорбціякомпонента з більш низьким поверхневим натягом призводить до того, щоповерхневий натяг знижується до рівноважного значення.
Типовазалежність поверхневого натягу від часу представлена ​​на рис. 4, б. Поверхневий натяг впочатковий момент часу близько до поверхневому натягу чистої води.Динамічний поверхневий натяг відіграє важливу роль в багатьохтехнологічних процесах, наприклад в процесі друкування. У цьому процесірівноважний поверхневий натяг ніколи не досягається, томухарактеристика таких систем за допомогою рівноважного поверхневого натягу немає сенсу.
Рис.4. а - Поверхневий натягзмінюється від середньоарифметичного значення для індивідуальних компонентів дорівноважного поверхневого натягу. З дозволу John Wiley & Sons, Inc ..б - Після утворення новоїповерхні система релаксує до рівноважного поверхневого натягувнаслідок адсорбції більш поверхнево-активних молекул
Порядз часом, необхідним для дифузії компонента до міжфазної кордонірідина-повітря, є ще дві причини тимчасової залежності поверхневогонатягу. По-перше, зміна конфігурації великих молекул на поверхні.Для досягнення рівноважного поверхневого натягу розчинів полімерів зазвичайпотрібно досить тривалий час. Друга причина обумовлена ​​присутністюв системі більше одного розчиненого компонента. У цьому випадку тривалістьдосягнення рівноваги визначається конкурентною адсорбцією на поверхнірозчинених компонентів.
Зв'язок поверхневого натягу з адсорбцією
Розглянемоспіввідношення між адсорбцією і поверхневим натягом в рамках теоріїрегулярних розчинів. Для обговорення адсорб...
