71. Термодинамика поверхностного слоя. Поверхностная энергия.

Частицы, расположенные на поверхности, находятся в другом окружении по сравнению с частицами, находящимися в объеме фазы, т.е. взаимодействуют как с однородными частицами, так и с частицами другого рода. Следствием этого является то, что средняя энергия g_s частицы, находящейся на поверхности раздела фаз, отличается от средней энергии такой же частицы в объеме фазы g_v (причем энергия частицы на поверхности может быть как больше, так и меньше энергии частицы в объеме).

Поверхностная энергия G_S - разность средней энергии частицы, находящейся на поверхности, и частицы, находящейся в объеме фазы, умноженная на число частиц на поверхности N:

G_s=N_s(g_s-g_n)

Очевидно, что общая величина поверхностной энергии фазы будет определяться величиной её поверхности S.

72. Процесс диспергирования. Самопроизвольное и несамопроизвольное диспергирование.

Дисперги́рование - один из способов образования дисперсных систем, заключающийся в измельчении твёрдого или жидкого вещества, в результате которого образуются частицы дисперсной фазы. Диспергирование жидкости в другой жидкости, которая не смешивается с первой, называется эмульгированием. Диспергирование осуществляют в мельницах различных конструкций (вибрационных, коллоидных, струйных, шаровых и др.), в ультразвуковых диспергаторах, форсунках, эжекторах и др. Большое влияние на процесс диспергирования может оказывать введение в систему добавок различных ПАВ. Действие ПАВ проявляется в эффекте адсорбционного снижения прочности твёрдых тел (эффект Ребиндера) и в предотвращении агрегации образующихся при дроблении частиц. Процесс диспергирования требует энергетических затрат, зависящих от работы образования новой межфазной поверхности и от необходимой степени измельчения. Исключение составляет т. н. самопроизвольное диспергирование, в случае которого возрастание свободной энергии, вызванное увеличением поверхности при диспергировании, компенсируется приростом энтропии системы, обусловленным участием обособившихся частиц в броуновском движении. Образующиеся при самопроизвольном диспергировании системы являются термодинамически устойчивыми, т. е. способны существовать без дополнительной стабилизации. Поскольку такие системы обладают низким межфазным натяжением, они называются лиофильными. Диспергирование широко применяется в производстве цемента, минеральных солей и удобрений, муки, многих пищевых продуктов, при добыче и измельчении горных пород, угля.

Несамопроизвольное диспергирование характерно для лиофобных систем.

Здесь процесс диспергирования осуществляется за счет внешней энергии.

73. Адгезия и когезия.

Явления смачивания и растекания тесно связаны с действием сил когезии и адгезии.

Когезией называют сцепление однородных молекул, атомов или ионов, которое включает все виды межмолекулярного и межатомного притяжения внутри одной фазы.

Когезия определяет существование веществ в конденсированном (твердом и жидком) состоянии. Такие состояния характеризуются высокой когезией. Газообразные вещества обладают малой когезией.

Адгезия (прилипание) – это молекулярное притяжение между поверхностями двух соприкасающихся разнородных твердых или жидких фаз. Адгезия является причиной склеивания двух разных веществ за счет действия физических или химических межмолекулярных сил.

Количественно когезию и адгезию характеризуют величиной работы когезии W_c и работы адгезии W_a.

Работа когезии равна энергии, которую нужно затратить на разрыв сил сцепления между молекулами данной фазы. Численно работа когезии равна удвоенному значению поверхностного натяжения.

W_c = 2 · σ

Работа адгезии – это работа, затрачиваемая на отрыв молекул одной фазы от молекул другой фазы

W_a = σ_А + σ_В + σ_АВ

σ_А – поверхностное натяжение на границе вещества А с воздухом

σ_В – поверхностное натяжение на границе вещества В с воздухом

σ_АВ - поверхностное натяжение на границе веществ А и В

Из уравнения видно, что работа адгезии тем больше, чем больше поверхностное натяжение каждой из фаз на границе с воздухом и чем меньше поверхностное натяжение на границе раздела между фазами А и В.

Рассматриваемые явления играют большую роль в таких процессах, как смачивание материалов, нанесение лакокрасочных и гальванических покрытий, получение материалов на основе связующих и наполнителей (бетон, резина, стеклопластики и др.), крашение, печатание, сварка и металлов.

Учитываются и используются адгезия и когезия в технологии лекарств, поскольку они влияют на взаимодействие компонентов в сложных лекарственных формах, на распадаемость таблеток, прочность покрытия их оболочками, на процессы растворения и в конечном итоге на эффективность терапевтического действия.