химический каталог




ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, физических-химический явления, которые обусловлены особыми (по сравнению с объемными) свойствами поверхностных слоев жидкостей и твердых тел. Наиб. общее и важное свойство этих слоев - избыточная свободный энергия F = sS, где s-поверхностное (межфазное) натяжение, для твердых тел-удельная свободный поверхностная энергия, S-площадь поверхности раздела фаз. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. протекают наиболее выраженно в гетерог. системах с сильно развитой поверхностью раздела фаз, т. е. в дисперсных системах. Изучение закономерностей ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. является составной частью коллоидной химии и чрезвычайно важно для всех ее практическое приложений.

Самопроизвольные ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ п. происходят вследствие уменьшения поверхностной энергии системы. Они м. б. обусловлены уменьшением общей поверхности системы либо уменьшением поверхностного натяжения на границе раздела фаз. К ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я., связанным с уменьшением общей поверхности, относят: 1) капиллярные явления, в частности приобретение каплями (в туманах) и газовыми пузырьками (в жидкой среде) сферич. формы, при которой поверхность капли (пузырька) минимальна. 2) Коалесценция - слияние капель в эмульсиях (или газовых пузырьков в пенах)при их непосредств. контакте. 3) Спекание мелких твердых частиц в порошках при достаточно высоких температурах. 4) Собирательная рекристаллизация - укрупнение зерен поликристаллич. материала при повышении температуры. 5) Изотермодинамически перегонка - увеличение объема крупных капель за счет уменьшения мелких. При этом вследствие повыш. давления паров жидкости с более высокой кривизной поверхности происходит испарение мелких капель и последующая их конденсация на более крупных каплях. Для жидкости, находящейся на твердой подложке, существ. роль в переносе вещества от мелких капель к крупным играет поверхностная диффузия. Изотермодинамически перегонка твердых частиц может происходить через жидкую фазу вследствие повыш. растворимости более мелких частиц.

При определенных условиях в системе могут происходить самопроизвольные ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я., сопровождающиеся увеличением общей поверхности раздела фаз. Так, самопроизвольное диспер-гирование и образование устойчивых лиофильных коллоидных систем (например, критической эмульсий) происходит в условиях, когда увеличение поверхностной энергии, вызываемое измельчением частиц, компенсируется их вовлечением в тепловое движение и соответствующим возрастанием энтропии (см. Микроэмульсии). При гомог. образовании зародышей новой фазы при конденсации паров, кипении, кристаллизации из растворов и расплавов увеличение энергии системы вследствие образования новой поверхности компенсируется уменьшением химический потенциала вещества при фазовом переходе. Критич. размеры зародышей, при превышении которых выделение новой фазы идет самопроизвольно, зависят от поверхностного натяжения, а также от величины перегрева (переохлаждения, пересыщения). Связь между этими параметрами определяется уравением Гиббса (см. Зарождение новой фазы).

Самопроизвольные ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я., в которых изменяется поверхностное натяжение: 1) образование огранки (равновесной формы) кристаллов. Равновесной форме соответствует минимум поверхностной энергии (принцип Гиббса-Кюри -Вуль фа). Поэтому грани с меньшей удельная свободный поверхностной энергией имеют большую площадь поверхности, чем грани с высокой удельная свободный поверхностной энергией. 2) Коагуляция-слипание мелких твердых частиц в золях, суспензиях в крупные агрегаты с последующей разрушением системы и образованием коагуляц. осадков различные структуры. Слипание происходит вследствие снижения межфазного натяжения в месте контакта частиц. Самопроизвольный обратный процесс -пептизация, т.е. распад коагуляц. агрегатов-происходит в том случае, если образование участков поверхности с повыш. значением поверхностного натяжения компенсируется вовлечением образующихся частиц в тепловое движение и соответствующим увеличением энтропии системы. 3) Адгезия - прилипание жидкости к твердому телу вследствие понижения удельная свободный поверхностной энергии. Адгезия определяет величину краевого угла смачивания, образуемого касательной к поверхности жидкости в контакте с твердым телом. 4) Гетерог. образование зародышей новой фазы-конденсация паров на твердой поверхности, образование на стенках паровых пузырьков при кипении, рост кристаллов на затравках. В этих ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. существ. роль играют микронеоднородности твердой поверхности. Так, капиллярная конденсация легче идет в микроуглублениях, чем на плоских участках. 5) Растекание жидкости с меньшим поверхностным натяжением по поверхности др. жидкости (например, нефти по воде). 6) Адсорбция-концентрирована в поверхностном слое или на поверхности жидкостей и твердых тел веществ, понижающих их поверхностное натяжение (удельная свободный поверхностную энергию) (см. Поверхностно-активные вещества). 8) Электроповерхностные явления, обусловленные двойным электрич. слоем ионов и межфазными скачками потенциала на поверхности раздела фаз. К ним относятся электрокапиллярные явления, связанные с влиянием заряда поверхности на величину поверхностного натяжения; электрокинетическая явления - электрофорез, электроосмос, возникновение потенциала течения при протекании жидкости через пористую диафрагму и потенциала оседания при перемещении частиц в жидкости.

П. я. при деформировании и разрушении происходят не самопроизвольно, поскольку требуют затраты работы на образование и развитие новых поверхностей. Закономерности этих ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. изучает физико-химическая механика. Одно из основных ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. при деформации и разрушении - эффект Ребиндера (адсорбционного понижение прочности). Оно заключается в изменении прочности и пластичности твердых тел вследствие снижения поверхностной энергии во время деформации и развития трещины. Эффект Ребиндера происходит при нагружении материалов в присутствии определенных ПАВ или в контакте с жидкостями родственной мол. природы. Др. важное ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я.- значительной повышение прочности кристаллов в результате растворения поверхностных слоев или в процессе деформирования (эффект Иоффе); его связывают с устранением структурных дефектов, которых особенно много в поверхностных слоях кристаллич. вещества.

Затрата работы приводит также к механохимический эффектам, обусловленным кратковременной активацией атомов (молекул) поверхностного слоя в момент разрушения. Механохимический активация используется для инициирования и ускорения ряда химический реакций (см. Механохимия).

Использование ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. широко и многообразно во многие отраслях производства. Например, смачивание играет определяющую роль в вытеснении нефти из пластов, при флотац. обогащении полезных ископаемых, нанесении красок и покрытий, очистке газов от пыли, пропитке строит. и текстильных материалов. Как гомогенное, так и гетерог. образование зародышей новой фазы существенно сказывается на эффективности теплообменных процессов. Эффект Ребиндера используют при бурении горных пород, механические обработке высокопрочных материалов, измельчении, обусловливая значительной сокращение энергозатрат. Модифицирование поверхности адсорбционного слоями позволяет гидрофобизировать различные материалы (производство водоотталкивающих тканей, предотвращение слеживания гидрофильных порошков). Смачивание, адгезия, адсорбция изменяют биосовместимость кро ви с полимерными материалами, применяемыми для протезирования кровеносных сосудов. Спекание твердых частиц в порошковой металлургии, микрокапсулирование и многие др. важные направления техники и технологии основаны на разнообразных ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. в дисперсных и коллоидных системах.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. играют важную роль в природные атм. процессах; например, возникновение значительной потенциалов оседания при перемещении капель тумана и дождя приводит к грозовым разрядам. Разрушение горных пород, контактирующих с оксидными и силикатными расплавами, обусловлено эффектом Ребиндера; адсорбция белков и липидов - важнейшая стадия в функционировании клеточных мембран; растекание органическое жидкостей по поверхности воды-одна из основные причин загрязнения естеств. водоемов.

Исторический очерк. Исследования ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. начались в 18 в. Первым экспериментально установленным фактом стал закон капиллярного подъема жидкости, смачивающей стенки капилляра (Дж. Жюрен, 1718). Сферич. форма капель несмачивающих жидкостей на твердой поверхности и цилиндрич. струй объяснена с помощью понятия о поверхностном натяжении жидкости в 1752 (Я. Сегнер). В 1785 Т.Е. Лови-цем обнаружена адсорбция растворенных в воде веществ на угле.

В 19 в. установлены основные количественное закономерности ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я.: закон капиллярного давления (П. Лаплас, 1806), постоянство краевого угла смачивания (T. Юнг, 1804), зависимость давления насыщ. пара жидкости от кривизны поверхности (У. Томсон, 1870); первые термодинамическое соотношения -уравение изотермы адсорбции Гиббса (1878), зависимость поверхностного натяжения от электрич. потенциала (Г. Липман, 1875), сформулирован принцип минимума площади поверхности жидкости (Ж. Плато, 1843). Среди важнейших ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я.-наличие капиллярных волн на поверхности жидкости (У. Рэлей, 1890), двухмерное состояние и независимость действия адсорбционного слоев на поверхности раздела фаз (И. Ленг-мюр, 1917), адсорбционного понижение прочности (П. А. Ребиндер, 1923), расклинивающее давление в тонких жидких пленках (Б. В. Дерягин, 1935).

Новые направления исследования ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. и их использование связаны с развитием микроэлектроники, космонавтики, биотехнологии, мицеллярного катализа, с разработкой биомембран, применением порошковой металлургии, производством тромборезистентных материалов, глазных линз и пр. В настоящее время проводят исследования ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я. в экстремальных условиях-при высоких температурах и давлениях, в глубоком вакууме, вблизи абс. нуля температур, при большой кривизне поверхности жидкости, в условиях интенсивных внешний воздействий (вибрации, сильных электрич. и магн. полей, ионизирующих излучений и т. п.). Существ. внимание уделяется изучению кинетическая закономерностей ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ я., что необходимо для выяснения их мол. механизмов.

Литература: Pyсанов А. И., Фазовые равновесия и поверхностные явления, Л., 1967; Ребиндер ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ А., Поверхностные явления в дисперсных системах, т. 1 - Коллоидная химия; т. 2-Физико-химическая механика, M., 1978-79; АдамсонА., Физическая химия поверхностей, пер. с англ., M., 1979; Щукин Е.Д., ПерцовА.В., Амелина Е.А., Коллоидная химия, M., 1982; Дерягин Б. В., Чураев H. В., Муллер В. M., Поверхностные силы, M., 1985; Измайлова В.H., Ямпольская Г.П., Сумм Б. Д., Поверхностные явления в белковых системах, M., 1988. Б. Д. Сумм.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
светодиодные буквы дешево
линзы eye colors free
концертв москва 2017
аренда автобуса низкие цены

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(07.12.2016)