1. ТермодинамиКа и строение поверхностного слоя

1.1 Геометрические параметры поверхности зАдание № 1

Вычислите удельную поверхность катализатора, если для образования монослоя молекул на нем должно адсорбироваться V м³/кг вещества А. Площадь молекулы азота в монослое равна S₀ м².

Таблица 1

Вариант	Вещество А	V, м3/кг	S0.1020, м2
1	Азот	0,1	16,2
2	Аммиак	0,13	28,26
3	СО	19,60.10-3	12,22
4	СО2	0,04	16,9
5	Водород	0,447.10-3	7,29
6	Криптон	0,2	19,2
7	Метан	15,2.10-3	20,0
8	Аргон	3,22.10-3	16,2
9	Азот	33,43.10-3	16,2
10	Криптон	0,7	19,5
11	Водород	0,698.10-3	7,29
12	Аммиак	0,06	28,26
13	СО	12,85.10-3	12,22
14	СО2	0,032	16,9
15	Азот	13,83.10-3	16,2

ЗАдание № 2

Вычислите удельную поверхность вещества А (S_уд , /м²/кг) (плотность , кг/м³, измеренная при различных температурах), если ее частицы принять шарообразными и средний диаметр частиц d мкм или дисперсность D нм^-1. Суспензия монодисперсна.

Таблица 1

Вариант	Вещество А	.10-3, кг/м3	d, мкм	D, нм-1
1	Каолин	2,5	0,5
2	Четыреххлористый углерод	1,593		0,1
3	Бензол	0,858	0,5 .10-2
4	Вода	0,997		0,060
5	Ртуть	13,54		0,010
6	Метанол	0,796		0,022
7	Вода	0,997	0,1
8	Вода	0,997	0,01
9	Бензол	0,846	0,1 .10-2
Вариант	Вещество А	.10-3, кг/м3	d, мкм	D, нм-1
10	Гексан	0,631	0,1
11	Ртуть	13,54		0,020
12	Метанол	0,796	0,5
13	Гексан	0,631	0,01
14	Бензол	0,858	0,3 .10-2
15	Вода	0,997		0,010

Указания к выполнению заданий № 1 и 2

См. [1, стр. 15-18; 99; 135]; [2, стр. 11; 20-22; 116 ]; [3, стр. 7; 18-19; 32-33]; [4, стр. 9-10; 69 ]; [5, стр. 319].

Иногда различие между системами устанавливается указанием размера частиц. Однако наиболее часто встречаются системы, в которых частицы дисперсной фазы неодинаковы по размерам. В качестве характеристики, используемой для сравнения таких систем, В. Оствальд предложил применять степень дисперсности, мерой которой служит удельная поверхность.

Удельной поверхностью называют площадь раздела фаз, приходящуюся на единицу массы или объема дисперсной фазы.

Если частицы дисперсной фазы имеют форму куба и одинаковы по размерам, то удельная поверхность системы вычисляется по формуле

, (1)

где S_ч  поверхность частицы;

V_ч  ее объем;

l  длина ребра кубической частицы.

Для системы, содержащей одинаковые частицы дисперсной фазы сферической формы,

.

где D  дисперсность;

d  диаметр частицы;

В общем случае для систем, содержащих одинаковые частицы произвольной формы,

S_уд = kа^-1.

где k  коэффициент, зависящий от формы частиц [k(пленки)= 2; k(бруска) = 4; k(куба) = 6; k(сферы) = 6];

а  выбранный линейный размер частиц.

Для перевода размерности удельной поверхности можно воспользоваться формулой

S_уд = S_уд /,

где S_уд  удельная поверхность частицы, м²/кг;

S_уд  удельная поверхность частицы, м²/ м³.

Удельная поверхность системы с частицами одной формы, но разных размеров определяется по формуле

где (а)  относительное содержание в системе частиц дисперсной фазы, имеющих выбранный линейный размер а;

V_ч  объем дисперсной фазы;

a_min и a_max  минимальный и максимальный размеры частиц дисперсной фазы.

Используя удельную поверхность как усредненную характеристику, можно сравнивать микро- и ультрамикрогетерогенные системы с пористыми телами, также включаемыми в класс дисперсных систем. Например, средний размер частиц в ультрамикрогетерогенных системах можно принять равным 10^-8 м, чему соответствует удельная поверхность 10⁹ м²/м³. Имеющие развитую внутреннюю поверхность активированный уголь и силикагель по этому показателю близки к ультрамикрогетерогенным системам; их удельная поверхность соответственно 8^.10⁵ м²/кг и 4^.10⁵ кг/м³.

В случае мономолекулярной адсорбции, не осложненной капиллярной конденсацией, удельная поверхность адсорбента определяется по формуле

, (2)

где N_A  число Авогадро (N_A = 6,02^.10²³ молекул/моль);

V_m  объем адсорбированного газа, полностью покрывающего поверхность 1 г адсорбента.

Перед выполнением любого задания все исходные параметры переведите в систему СИ.

1.2 Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение