21. В чем заключается инверсия смачивания? Какое практическое значение имеет это явление?

Инверсия смачивания заключается в качественном ее изменении за счет адсорбции ПАВ на твердой поверхности. Путем добавления ПАВ удается гидрофилизировать гидрофобные поверхности и вызывать их смачивание водой и другими полярными жидкостями либо придавать гидрофобные свойства первоначально гидрофильной поверхности и делать ее плохо смачивающейся водой.

Инверсия смачивания находит практическое применение, например, для предотвращения отсыревания гигроскопичных порошков. Если к порошку добавить ПАВ, то слой дифильных молекул, ориентированных наружу углеводородными цепями, создает на частицах порошка защитную пленку, ослабляющую взаимодействие порошка с водяными парами. Моющее действие ПАВ связано с улучшением смачивания загрязненных поверхностей и тканей за счет адсорбции ПАВ и понижения о раствора.

22. Какие величины используют для количественного описания адсорбции? Дайте определение этих величин и покажите, как их можно вычислить в общем виде.

1. Избыточная, или гиббсовская адсорбция (Гi). Это избыток 2-го компонента в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы, приходящийся на единицу площади поверхности.

Cs - концентрация в-ва в поверхностном слое

Cv - концентрация в-ва в объемной фазе

Vs - объем поверхностного слоя

Если Cs>>Cv, то A≃Г

A= Г - Cvh

2. Абсолютная адсорбция. В тех случаях, когда способность вещества к адсорбции резко выражена, и вследствие этого cis ≫ ci и vis ≫vi, адсорбцию характеризуют величиной Ai, называемой абсолютной адсорбцией.

Cs - концентрация в-ва в поверхностном слое

Vs - объем поверхностного слоя

Vs/S=h, A=Cs/h

3. Удельная адсорбция. В тех случаях, когда измерить площадь поверхности S1,2 трудно, количество i-го компонента vis (или его массу mis) относят к массе адсорбента m, используя величину удельной, адсорбции ai:

mi - масса адсорбента

Под ней понимают количества в-ва/его массу, отнесенную к массе адсорбента

23. Почему в случае смачивания капилляра жидкость в нем поднимается, а при несмачивании, наоборот, опускается?

Молекулярные силы притяжения действуют не только между молекулами жидкости, но и между молекулами жидкости и соприкасающегося с ней твердого тела. Если силы притяжения молекул жидкости к молекулам твердого тела больше, чем между молекулами самой жидкости, то молекулы жидкости «прилипают» к поверхности твердого тела. В этом случае говорят о смачивании — явлении межмолекулярного взаимодействия частиц твердого тела и жидкости на их границе, а жидкость называют смачивающей.

Если силы притяжения между молекулами жидкости и твердого тела меньше, чем между молекулами самой жидкости, то прилегающие слои жидкости «отталкиваются» от его поверхности. Это явление называется несмачиванием, а жидкость — несмачивающей.

24. Теория БЭТ. Основные положения теории, уравнение изотермы БЭТ и основные типы изотерм полимолекулярной адсорбции. Как, зная константы уравнения БЭТ, можно рассчитать удельную активную поверхность адсорбентов, катализаторов и порошков?

При низких температурах и больших давлениях (или концентрациях) адсорбата адсорбция на твердой поверхности протекает с образованием нескольких слоев, потому что мономолекулярный слой не компенсирует полностью избыточную поверхностную энергию. При температурах ниже критической на поверхности адсорбента образуются полимолекулярные слои адсорбата, так как влияние поверхностных сил может распространяться на второй, третий и последующие слои. В этом случае адсорбцию газов и паров описывает теория БЭТ (по фамилиям авторов — Брунауэр, Эммет и Теллер).

Основные положения теории БЭТ:

1.На поверхности адсорбента имеется определенное число активных центров.

2.Взаимодействием адсорбированных молекул в первом и последующих слоях пренебрегают.

3.Каждая молекула первого слоя может стать активным центром для адсорбции и образования последующих слоев.

4.Предполагается, что во втором и последующих слоях все молекулы имеют

такую же сумму статистических состояний, как и жидкости.

5.Адсорбция многослойна

6.Адсорбция носит физических характер между адсорбентом и адсорбатом

Таким образом, адсорбированная фаза может быть представлена как совокупность адсорбционных комплексов — молекулярных цепочек, начинающихся молекулами первого слоя, непосредственно связанных с поверхностью адсорбента. При этом цепочки не взаимодействуют друг с другом. Схема строения адсорбционного слоя по теории БЭТ показана на рисунке 7:

уравнение изотермы БЭТ

В результате было выведено следующее уравнение:

где PS – давление насыщенного пара при данной температуре; P/PS – относительное давление пара; с – константа, представляющая отношение константы адсорбционного равновесия и процесса конденсации .

Изотерма БЭТ включает в себя частные случаи изотермы Генри и Ленгмюра. На теории БЭТ основан стандартный метод измерения удельной поверхности адсорбентов, катализаторов, порошков и других материалов. При использовании графического решения линейная форма изотермы БЭТ имеет вид:

Изотермы типа I отражают мономолекулярную адсорбцию. Изотермы типа II и III обычно связывают с образованием при адсорбции многих слоев, то есть, с полимолекулярной адсорбцией. Причем, в случае II взаимодействие адсорбент - адсорбат сильнее взаимодействия адсорбат - адсорбат, а в случае III - наоборот. Изотермы типа IV и V отличаются тем, что для них характерна конечная адсорбция при приближении давления пара к давлению насыщения ps. Изотермы типа II и III характерны для адсорбции на не пористом адсорбенте, а типа IV и V - на пористом твердом теле. Все пять типов изотерм адсорбции описываются теорией полимолекулярной адсорбции “БЭТ”