28/2 Адсорбция на границе раствор-газ. Поверхностное натяжение. Уравнение Гиббса и его анализ.

• При условии, что на межфазной границе адсорбируется только один компонент, на основе уравнения можно записать:

(1) . Для частных случаев адсорбции уравнение Гиббса имеет свои разновидности. Достаточно часто его используют при описании адсорбции из растворов. С этой целью уравнение(1) преобразуют с учетом того, что и . Итоговое соотношение имеет вид: (2). Уравнение (2) представляет уравнение Гиббса в терминах активности растворенного вещества. В случае разбавленных растворов можно пользоваться величинами концентраций, поскольку с разбавлением раствора значения активности и концентрации сближаются*. Тогда уравнение Гиббса можно записать: (3). При исследовании адсорбции из газовой фазы часто принимают, что газ идеальный, и с учетом уравнения состояния идеального газа p=cRT, выразив концентрации через давление газа, приводят уравнения Гиббса в форме: .

*активность и концентрация связаны равенством a=yc. Поскольку с разбавлением величина у стремится к 1, то а стремится к с.

Существует два подхода к пониманию поверхностного натяжения:

1. связан с рассмотрением силового взаимодействия молекул, находящихся на поверхности и внутри тела. Поверхностные молекулы не испытывают существенного воздействия со стороны молекул, находящихся вне тела. Поэтому притяжение со стороны соседних молекул, расположенных внутри тела, оказывается нескомпенсированным. В результате возникает эффект силы, как бы втягивающей поверхностные молекулы внутрь жидкости (твердого тела). Эту силу и называют поверхностным натяжением (дины/см, Н/м).

2. поверхностное натяжение можно рассматривать как термодинамическую характеристику поверхности раздела фаз, определяя ее как работу обратимого изотермического образования единицы площади поверхности раздела фаз. Следует, что: , где - коэффициент поверхностного натяжения; W-работа, затрачиваемая на образование (разрушение) поверхности; s-площадь поверхности раздела фаз. (Дж/м2).

Поэтому поверхностное натяжение на границе жидкость-газ часто представляют как работу, которую необходимо затратить, чтобы разорвать столбик жидкости с поперечным сечением 0,5 единицы площади. В расчете учитывают, что при разрыве образуются две новых поверхности, суммарная площадь которых равна единице.

Физический смысл: - смысл представляется, как энергия образования единицы поверхности тела, состоящего из чистого вещества. Поэтому поверхностное натяжение нередко называют удельной энергией Гиббса поверхности и обозначают , имея в виду, что для простых систем поверхностная энергия прямо пропорционально площади поверхности и, следовательно, = . Но для сложных случаев, например, для систем, содержащих ПАВ, этот вывод представляется некорректным

28/3.Константа скорости коагуляции золя К= 5 10^-18м³с^-1. Начальная концентрация золя составляет 3 10^-14м^-3. Определите концентрацию золя через 30 мин.

(1) - Ур-ие скорости коагуляции,

где К – константа скорости коагуляции, υ – частичная концентрация, τ – время коагуляции

Если проинтегрировать данное ур-ие в пределах от υ = υ₀ при τ = 0 до υ_τ при τ, то:

, а также .(2)

Исходя из этих формул, найдем концентрацию золя через 30 мин, подставив свои значения в ур-ие (2), получим:

=3· 10^-14