1.4 Деякі явища в рідних середовищах і на поверхні розподілу фаз

1.4.1 Розчинність газів

Розглянемо систему, яка складається із двох фаз і газоподібної, при цьому один із компонентів газової фази може розчинятись у рідині. Рівновага наступить тоді коли швидкість розчеплення цього компонента ( газу ) в рідкій фазі дорівнює швидкості входу цього компонента із розчину. Очевидно, що за заданої температури швидкість розчинення газу в рідині пропорційна його парціальному тиску, тобто, а швидкість виділеного газу з рідини пропорційна його концентрації в рідкій фазі,

тоді

,

де - константа Генрі, вона дорівнює розчинності газу при тиску

Константа Генрі залежить від температури:

,

- зміна ентропії при розчиненні.

1.4.2 Розподіл компонента між двома рідинами

Якщо в гетерогенну систему, яка складається з двох рідин які не змішуються між собою, ввести третю речовину, яка розчиняється в обох рідинах, то ця речовина розподіляється між рідинами за законом розподілу, який формулюється так: відношення концентрації речовини розподіленої між собою двома рідинами, які не змішуються між собою, є величиною сталою і не залежить від температури. Математично цей закон можна записати:

,

де - концентрація розчиненої речовини в першому розчиннику;

- концентрація розчиненої речовини в другому розчиннику;

На законі розподілу ґрунтується екстракція речовини із розчину за формулою іншого розчина. Нехай в V мл розчину міститься до грамів екстрагованої речовини. Ця кількість розчину змішується в V_в мл розчина. Після одноразової екстракції в початковому розчині залишається q, грамів екстрагованої речовини.

З цього рівняння випливає:

Після другої екстракції таким самим об’ємом V_b мл cвіжого розчинника, кількість речовини, яка залишається в першому розчиннику.

Після повторних екстракцій однаковим об’ємом V_b мл одного і того ж розчинника, кількість речовини, яка залишається в вихідному розчині.

Користуючись законом розподілу, можна із розплаву виділяти сірку фосфор та інші домішки металу.

1.4.3 Поверхневий натяг

На границі розподілу фаз властивості фази відрізняються від властивостей цієї ж фази на віддалі від границі розділу. У центральних об’ємах фази кожна частинка зрівноважена дією оточуючих її частин, у той час як у периферійній області взаємодія поверхневих частин не зрівноважена. У цьому випадку виникають сили поверхневого натягу, які намагаються зменшити зовнішню поверхню. Величина поверхневого натягу має одиницю вимірювання і позначається буквою.

Поверхневий натяг виражає максимальну роботу утворення одиниці поверхні і дорівнює зміні ізотермічного потенціалу в даному процесі. При утворенні поверхні площиною зміна ізобарного потенціалу виражається величиною:

де - величина поверхні.

Для будь-якого процесу , тому зміна ентропії при утворенні нової поверхні можна виразити таким рівнянням:

а зміна ентропії:

Внаслідок того, що при підвищенні температури поверхневий натяг зменшується , то. Це означає, що утворення нової поверхні супроводжується зростанням ентропії і поглинанням теплоти.

Умовою загального умовного самочинного протікання процесу за постійних температур і тиску є ; стосовно поверхневих процесів. Звідси випливає, що поверхневі процеси самочинно прозодять в сторону зменшення поверхневої енергії. Поверхнева енергія може зменшуватись під дією поверхнево активних речовин.