6.13 Поверхнева енергія рідини

Властивості поверхні рідини можуть суттєво відрізнятись від властивостей внутрішніх об’ємів. Головна причина — наявність поверхневої енергії або енергії поверхневого натягу.

Наявність поверхневого натягу можна пояснити за допомогою рисунка 6.3.

а — в середині об’єму рідини; б — на поверхні рідини

Рисунок 6.3 — Дія сил міжмолекулярної взаємодії на молекулу

Розглянемо дві молекули: одну в об’ємі, другу на поверхні рідини. Між молекулами в середині об’єму рідини діють сили міжмолекулярної взаємодії. Для кожної молекули в середині об’єму ці сили симетричні, зрівноважені, тому рівнодіюча цих сил для молекули А дорівнює нулю.

Для молекули В, яка знаходиться на поверхні сили взаємодії не симетричні, що веде до появлення рівнодіючої cили Р, яка намагається втягнути молекулу в середину об’єму, що обумовлює поверхневий натяг.

Для збільшення площі поверхні рідини необхідно перевести частину молекул з об’єму на поверхню, а для цього потрібно виконати певну роботу. Робота, яка необхідна для утворення 1 см² поверхні при наявності певного прикордонного середовища, є мірою поверхневого натягу , (дінсм^-1).

Величина поверхневого натягу залежить як від природи розчиненої речовини, так і від природи розчинника. Речовини, які зменшують , називаються поверхнево–активними речовинами. Речовини, мало впливаючи на зміну називаються поверхнево–неактивними речовинами.

На вихід молекул з рідини дуже сильно впливає форма кривизни поверхні (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4 — Вплив форми поверхні на величину рівнодіючої сили

Найменше значення рівнодіючої сили Р при вигнутій поверхні (рисунок 6.4, а). З цього слідує, що краплі малого розміру мають більше значення тиску пари і тому менш стійкі. Чим менший розмір краплі, тим краща її розчинність. На величину дуже впливає температура. Із збільшенням температури рівномірно зменшується і при деякому значенні температури дорівнює нулю. Ця температура називається критичною температурою або температурою абсолютного кипіння. При ній зникає межа розділу між рідкою і газовою фазами і речовина не може існувати в рідкій фазі.

6.14 Адсорбція

Процес адсорбції заснований на захваті адсорбуючою поверхнею атомів із навколишнього середовища. Це пояснюється тим, що атоми навколишнього газового середовища знаходяться в постійному русі, а на адсорбуючій поверхні завжди є атоми з ненасиченими вільними зв’язками, за допомогою яких здійснюється захват атомів з навколишнього середовища. Якщо ці сили зв’язку не великі, то при збільшенні температури за рахунок збільшення амплітуди коливань атомів, здійснюється їх повернення в навколишнє середовище — десорбція (возгонка, випаровування). В цьому випадку процес адсорбції зменшується.

В загальному випадку, чим більша температура і менший тиск навколишнього середовища, тим менша адсорбція. Час адсорбції триває декілька секунд. Адсорбція залежить, як від природи адсорбуючої речовини, так і від природи розчинника. Краще всього адсорбуються гази, які легше конденсуються і які мають найбільш високу температуру кипіння.

Процес адсорбції збільшується, якщо розчинник вміщує поверхнево–активні речовини. Для рідини продовженням процесу адсорбції є проникнення атомів газів в середину рідини шляхом дифузії або механічним перемішуванням.

Проникнення адсорбованого атома в тверде тіло — абсорбція.