Билет № 7

1. Билет 7. Химический потенциал и давление пара у искривленных поверхностей

2. Механизмы образования двойного электрического слоя на поверхности твердых тел

Двойной электрический слой (межфазный) (ДЭС) — слой ионов, образующийся на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентировании полярных молекул на границе фаз. Ионы, непосредственно связанные с поверхностью называются потенциалопределяющими. Заряд этого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами. Двойной электрический слой возникает при контакте двух фаз, из которых хотя бы одна является жидкой. Стремление системы понизить поверхностную энергию приводит к тому, что частицы на поверхности раздела фаз ориентируются особым образом. Вследствие этого контактирующие фазы приобретают заряды противоположного знака, но равной величины, что приводит к образованию двойного электрического слоя. Можно выделить три механизма образования ДЭС:

1. Переход ионов или электронов из одной фазы в другую (поверхностная ионизация). Примером может служить диссоциация поверхностных функциональных групп, принадлежащих одной из фаз (как правило, твердой). Для определения знака заряда поверхности используется правило Фаянса — Панета

2. Преимущественная адсорбция в межфазном слое ионов одного знака.

3. Ориентирование полярных молекул в поверхностном слое. По этому механизму ДЭС образуется в случае, если вещества, составляющие фазы системы не могут обмениваться зарядами. Для определения знака заряда поверхности используют правило Кёна, гласящее, что из двух соприкасающихся фаз положительно заряжается та, которая имеет большую диэлектрическую проницаемость.

3. Влияние многозарядных ионов на устойчивость гидрофобных коллоидов

Билет № 8

1. Уравнение адсорбции Гиббса

Адсорбция - процесс самопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемом фазы.

Считаем V_{поверхности раздела} = 0. dU = TdS + _{dS +} Проинтегрировав, получим: U = TS + _{S +}

Полный дифференциал от этого уравнения: dU = TdS + SdT + _{dS + + Sd} ₊ .

Подставляя значение dU из (6) в (7) и сократив одинаковые члены правой и левой части, получим:

SdT + _Sd ₊ = 0. Предположим, что T = const:

Разделив правую и левую часть на поверхность S, получим фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса:

; ; .

Определение зависимости поверхностного натяжения от адсорбции одного компонента, при постоянстве химических потенциалов других компонентов. .

Известно, что , , (где , - равновесный и стандартный химический потенциал компонента i; ln a_i- логарифм активности i –го компонента). Тогда уравнение Гиббса будет выглядеть так

Активность связана с концентрацией: с = а. Предположим, что  = 1 (при с  0). Тогда

- для жидкости и газа Обычно уравнение Гиббса применяют для растворов. Растворителем может быть не только индивидуальное вещество, но и смесь. В разбавленных растворах гиббсовская адсорбция очень мала, а его химический потенциал меняется очень мало с изменением концентрации растворенного вещества, т.е. d_= 0. Поэтому для разбавленного раствора фундаментальное уравнение Гиббса выглядит так:

_{Из этих уравнений следует, что зная зависимость} = f(С) (где С - концентрация растворенного вещества), можно рассчитать изотерму адсорбции, пользуясь адсорбционным уравнением Гиббса. Схема графического расчета показана на рис. 2.2.2.1: Т_{ангенс угла наклона} соответствует значениям производных _{в этих точках.}

_{Зная эти производные уравнения Гиббса, можно рассчитать} значение Г, что позволяет построить _{зависимость Г = f(С). Уравнение Гиббса} показывает, что единица измерения гиббсовской адсорбции не зависит от _{единицы измерений концентрации, а зависит от размерности величины R. Так как величина R отнесена к молю вещества, а  - к единице площади, то Г = [моль/ единица площади]. Если  выразить в [Дж/м2], то R нужно подставлять: R = 8,314 Дж/мольК.}