Беттік құбылыстар Беттік энергия және беттік керілу.

Қатты заттар мен сұйықтар жанасқан фазалар арасында бөлім беттерінің болуымен ерекшеленеді. Беттік құбылыстарға фазалар бөлімі шегінде өтетін физикалық және химиялық процестер жатады. Физикалық және химиялық өзара әрекеттесулерді оқып үйрену технологиялық процесстердің негізі болып табылады: бояу, флотация, эмульгирлеу, жуу әрекеті, адсорбциялық процестер және т.б.

Барлық беттік процестердің жүруі (протекание) еркін беттік энергиямен байланысты.

Беттік энергия беттік өлшемнің беттік керілу туындысына тең.

G = σ ∙ s

d G = σ ∙ ds

σ – беттік керілу,

s – беттің өлшемі.

Сұйықтың беттік мөлшерін азайтуға себепші болатын аралық шектің бірлік өлшеміндегі ұзындығына әсер етуші күшті беттік керілу күші немесе жай ғана беттік керілу дейді.

Беттік керілу Т-ға, шектелетін орта табиғатына, еритін заттардың табиғаты мен концентрациясына тәуелді.

Температура жоғарылаған сайын σ жеке сұйықтар үшін ауамен шекарасында сызықтық төмендейді.

Толық беттік энергия (Us) аудан бірлігіне (1м²) тең:

U_s = σ ∙ q_s

q_s – беттің бірлігінде жылу түзілу.

Гиббс-Гельмгольц теңдеуінен:

q_s = -T

Толық энергия U_s температураға тәуелсіз, өйткені беттік керілу температура жоғарылаған сайын төмендейді, жылу түзілу температура жоғарылаған сайын көбейеді.

Беттік керілудің орта полярлығына тәуелділігі

Симметриялы құрылымды молекулалары бар сұйықтар үшін (бензол, көміртегі тетрахлориді, қаныққан көмірсутектер) беттік керілу полярлық функциясы болып табылады. Полярлығы жоғары болған сайын, беттік керілу де жоғары болады.

Ассиметриялы құрылысы бар сұйықтар үшін (қыщқылдар, спирттер, аминдер, кетондар) беттік керілу өзгермейді.

Сурет 1. Беттік керілудің сұйықтың полярлығына тәуелділігі. 1 – симметриялы молекулалар үшін; 2 – ассиметриялы молекулалар үшін.

Сұйық-газ және сұйық-сұйық жүйеде беттік керілу фазалардың полярлығының айырымымен анықталады.

Фазалардың полярлылығының айырымы ∆П көп болса, бөлім шегінің беттік керілуі де жоғары болады.

Сұйық-газ және сұйық-сұйық жүйе үшін σ-ның полярықтан тәуелділігі сызықтық болады.

∆П өлшемін келесі формула бойынша есептейді:

∆П = П₁ - П₂ =

П₁ , П₂ – фазалардың полярлығы; ε – 1 және 2 фазалардың диэлектрлік өткізгіштігі

Адсорбция

Бөлім беттері шегінде заттардың концентрацияларының өздігінен көбеюі адсорбция деп аталады.

Абсорбция дегеніміз қатты заттың немесе сұйықтың бүкіл көлемімен газ немесе буды сіңіруі.

Адсорбция мен абсорбция процестері қатар жүргенде қатты материалдардың еріген заттарды, газдарды жұтуы сорбция деп аталады.

Сіңіруші заттар сорбенттер және адсорбенттер деп аталады.

Газда сіңірілген еріген заттарды сорбаттар және адсорбтивтер деп атайды.

Сорбцияланған заттың мөлшерінің тепе-тең концентрациядан р=const, T=const кезіндегі тәуелділігі адсорбция изотермасы деп аталады.

А=f(p) немесе А=f(с)

Сурет 2. Сорбция изтермасы.

Адсорцияны физикалық және химиялық (хемосорбция) деп бөледі.

Физикалық адсорбция – беттік процесс адсорбенттің бетімен Ван-дер Вальс күші, сутектік байланыс, электростатикалық күш есебінен жүзеге асады.

Физикалық адсорбцияның ерекшеліктері:

• үлкен жылдамдық,

• қайтымдылығы,

• жұтылған заттың Т жоғарылаған сайын мөлшерінің азаюы,

• адсорбцияның аз мөлшердегі жылуы 8-20 кДж/моль

Химиялық адсорбция – химиялық өзара әсер күші есебінен жүзеге асатын адсорбция.

Химиялық адсорбцияның ерекшеліктері:

• қайтымсыздығы,

• адсорбенттің табиғатына тәуелді,

• температураның жоғарылауы хемосорбцияның көбеюіне әкеледі,

• адсорбция жылуы 800-1000 кДж/моль.