- •Предмет колоїдної хімії
- •Класифікація колоїдних систем
- •Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища.
- •Контрольні питання:
- •Поверхневі явища та їх класифікація
- •Класифікація поверхневих явищ
- •Поверхневий натяг
- •Поверхневий натяг деяких речовин на межі з повітрям при 298к.
- •Методи визначення поверхневого натягу
- •Метод капілярного підняття (метод Жюрена).
- •Метод максимального тиску в бульбашці (метод Ребіндера)
- •Сталометричний метод (метод Траубе)
- •Внутрішня (повна) питома поверхнева енергія. Залежність енергетичних параметрів поверхні від температури
- •Принципи формування поверхневого шару
- •Поверхневий натяг органічних речовин на межі з повітрям при 298к.
- •Адгезія, когезія
- •Змочування і розтікання
- •Розтікання рідин. Ефект Марангоні
- •Контрольні питання:
- •Дисперсність і властивості тіл
- •Характеристика величини і форми поверхні
- •Зміна питомої поверхні при подрібненні речовини.
- •Вплив дисперсності на внутрішній тиск
- •Капілярні явища
- •Дисперсність і реакційна здатність речовин
- •Тиск насиченої пари над викривленою поверхнею
- •Вплив дисперсності на температуру фазового переходу
- •Залежність температури топлення калію і срібла від дисперсності.
- •Вплив дисперсності на розчинність твердих тіл
- •Вплив дисперсності на рівновагу хімічних реакцій
- •Контрольні питання:
- •Адсорбційні рівноваги.
- •Основні поняття та визначення.
- •Природа адсорбційних сил
- •Фундаментальне рівняння адсорбції Гіббса
- •Теплота адсорбції.
- •Швидкість фізичної адсорбції
- •Адсорбція газів на однорідній твердій поверхні.
- •Ізотерма адсорбції (закон) Генрі
- •Теорія адсорбції Ленгмюра
- •Теорія полімолекулярної адсорбції бет
- •Адсорбція газів на пористих тілах
- •Класифікація пористих тіл
- •Теорія капілярної конденсації
- •Теорія об’ємного заповнення мікропор
- •Адсорбція на межі тверде тіло – рідкий розчин.
- •Молекулярна адсорбція
- •Іонна адсорбція
- •Адсорбція поверхнево активних речовин з розчину на межі рідина – газ
- •Контрольні питання.
- •Електричні явища на поверхні
- •Поняття про електрокінетичні явища
- •Механізм утворення подвійного електричного шару
- •Термодинамічні співвідношення між поверхневим натягом і електричним потенціалом
- •Теорії будови подвійного електричного шару.
- •Теорія Гельмгольца Перрена.
- •Теорія Гуї - Чепмена
- •Теорія Штерна.
- •Вплив електролітів на подвійний електричний шар.
- •Вплив індиферентних електролітів на подвійний електричний шар.
- •Вплив неіндиферентних (родинних) електролітів
- •Експериментальне визначення електрокінетичного потенціалу
- •Контрольні питання.
- •Методи одержання та очистки колоїдних систем
- •Диспергаційні методи
- •Конденсаційні методи
- •Термодинаміка утворення нової фази при конденсації.
- •Кінетика утворення нової фази
- •Будова міцел
- •Методи очистки колоїдних розчинів
- •Контрольні питання.
- •Агрегативна стійкість дисперсних систем.
- •Фактори агрегативної стійкості ліофобних дисперсних систем.
- •Ізотермічна перегонка в дисперсних системах.
- •Коагуляція.
- •Теорія стійкості дисперсних систем Дєрягіна, Ландау Фервея і Овербека
- •Кінетика коагуляції
- •Контрольні питання
- •Властивості дисперсних систем
- •Молекулярно – кінетичні властивості дисперсних систем
- •Броунівський рух
- •Дифузія.
- •Седиментація та седиментаційна стійкість.
- •Седиментаційний аналіз дисперсності.
- •Оптичні властивості дисперсних систем.
- •Розсіювання світла.
- •Абсорбція світла.
- •Оптичні методи дослідження дисперсних систем.
- •Структурно-механічні властивості дисперсних систем.
- •Реологічних моделі тіл.
- •Розчини поверхнево – активних речовин.
- •Класифікація пар.
- •Міцели пар.
- •Розчини високомолекулярних сполук
- •Утворення і властивості вмс
- •Взаємодія вмс з розчинниками.
- •Молекулярна маса вмс
- •ГрубоДисперсні системи.
- •Суспензії
- •Емульсії.
- •Класифікація та властивості емульсій.
- •Одержання та руйнування емульсій.
- •Основні характеристики та властивості пін.
- •Одержання та руйнування пін.
- •Аерозолі
- •Класифікація та властивості аерозолів
- •Методи одержання та практичне значення аерозолів
- •Порошки
- •Список літератури
Змочування і розтікання
Змочування – це поверхневе явище, яке полягає у взаємодії рідини з іншим конденсованим тілом, при умові одночасного контакту трьох фаз, одна з яких є газом (повітря).
Мірою змочування є крайовий кут змочування, це кут між площиною поверхні, що змочується і дотичною до поверхні рідини в одній із точок контуру змочування.
В залежності від величини кута змочування можливі наступні варіанти (рис.8).
Рис. 8. Приклади змочування поверхні.
1. 180о>>90o Поверхня не змочується (ліофобна);
2. =90o Межа змочування і незмочування;
3. <90o Поверхня змочується (ліофільна).
Проаналізуємо поверхневі сили, що діють на краплину на поверхні в умовах рівноваги (рис.9).
Рис. 9. Сили, що діють на краплю на поверхні.
3,1- сила, яка діє між твердим тілом і газом і прагне розтягнути краплю;
3,2–стягує краплю і діє між рідиною і твердим тілом;
2,1– діє між газом і рідиною.
У випадку рівноваги цих сил:
3,1=2,1cos+3,2 ( 2.0)
( 2.0)
Рівняння (2.34) називають рівнянням Юнга.
3,1-3,2=2,1cos ( 2.0)
Підставимо вираз (2.35) в рівняння Дюпре (2.30) і 1 отримуєморівняння Дюпре - Юнга:
Wa=3,1-3,2+2,1coscos2,1cos ( 2.0)
Розділимо вираз (2.36) на 22,:
( 2.0)
Якщо =0o cos=1 Wa=WK;
=90o cos=0 Wa=0,5WK;
=180o cos=-1 Wa=0, але такого стану в природі не спостерігалось.
Наприклад розглянемо систему вода-тефлон:
=108o; H2O=72мДж/м2; Wa=50,3мДж/м2.
На поверхнях реальних тіл завжди є неоднорідності, пори та тріщини. Вони викликають відхилення кутів змочування від рівноважних значень, яке називають гістерезисом змочування. При наявності гістерезиса змочування розрізняють граничні кути натікання і відтікання.
При збільшенні об’єму краплини максимальний кут, при якому площа поверхні, яку займає крапля, не змінюється називають кутом натікання; а при зменшенні об’єму краплини мінімальний кут при якому площа поверхні яку займає краплина називають кутом відтікання.
За утворенням цих кутів зручно спостерігати нахиляючи пластину з краплею, до моменту стікання її з поверхні (рис.10).
Рис. 10. Змочування реальних тіл.
Розтікання рідин. Ефект Марангоні
Розтікання рідини відбувається якщо робота адгезії перевищує роботу когезії для рідини, що розтікається. Різниця між роботою адгезії і когезії називають коефіцієнтом розтікання за Гаркінсом.
f=Wa-Wk=3,1-2,1-2 ( 2.0)
Якщо f >0, то рідина розтікається по поверхні і тим краще, чим більшеf. Якщоf <0, то рідина знаходиться на поверхні у формі краплин.
Ефектом Марангоніназивають розтікання рідин з меншим поверхневим натягом по поверхні рідини, що має більший поверхневий натяг. Таке розтікання відбувається в наслідок прагнення поверхні зменшити поверхневу енергію Гіббса.
При взаємному насиченні двох рідин, рідина, що розтікається може знову стягуватися у краплину з відповідним кутом змочування, при цьому Wa=Wk. Поверхневий натяг у цьому випадку визначається заправилом Антонова:
Поверхневий натяг двох взаємо насичених рідин дорівнює різниці поверхневих натягів їх насичених розчинів.
2,1нас-3,1нас=3,2нас (2.0)
Приклад 2.5
Розрахуйте роботу адгезії ртуті до скла при 293 К, якщо відомий крайовий кут змочування 1300.. Поверхневий натяг ртуті 475 мДж/м2. зайдіть коефіцієнт розтікання ртуті на поверхні скла.
Wa = (1 + cos ) = 475∙10-3(1 – 0.64) = 171∙10-3 Дж/м2
Wk = 2∙ = 2∙475∙10-3 = 950∙10-3 Дж/м2
f = Wa – Wk = 171∙10-3 – 950∙10-3 = -779∙10-3 Дж/м2
Отже ртуть по поверхні скла не розтікається.