САМОПРОИЗВОЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Из химической термодинамики известно, что самопроизвольно протекают только те процессы, которые приводят к уменьшению свободной энергии системы. Если процессы проводятся в условиях постоянства объема и температуры, они должны приводить к уменьшению свободной энергии Гельмгольца (dF < О). Процессы, протекающие при постоянных давлении и температуре, должны сопровождаться уменьшением свободной энергии Гиббса (dG < 0). Если процессы в поверхностном слое не сопровождаются химическими реакциями, состав системы остается постоянным.

Рассмотрим, какие процессы в поверхностном слое отвечают указанным условиям.

Выше отмечалось, что поверхностное натяжение — это свободная поверхностная энергия, приходящаяся на единицу площади межфазной поверхности. Значит, если процесс протекает при постоянстве объема, температуры и не сопровождаются химическими реакциями, то

F = s S_1,2. (2.4)

Соответственно для изобарно-изотермических процессов

G = s S₁,₂. (2.5)

Дифференцируя (2.4) и (2.5), получим:

dF = s ∙dS₁,₂ + S_1,₂•ds (2.6)

dG = s ∙dS₁,₂ + S_{1 ,}₂∙ds (2,7)

Условием самопроизвольного протекания как изохорно-изотермических, так и изобарно-изотермических процессов является

s ∙dS₁,₂ + S_1,₂•ds < 0. (2.8)

Для индивидуальных веществ поверхностное натяжение постоянно (s = const, ds = 0). В этих случаях самопроизвольно могут протекать процессы, сопровождающиеся уменьшением площади межфазной поверхности (dS_1,2 < 0). К поверхностным явлениям, связанным с уменьшением поверхности, можно отнести:

· стремление капель жидкости или пузырьков газа принять сферическую форму (сферические частицы имеют самую маленькую удельную поверхность. Не этим ли объясняется круглая или округлая форма большинства ягод и плодов, форма дождевых капель и градин);

· слипание твердых частиц дисперсной фазы (коагуляция);

· слипание капель в эмульсиях или пузырьков газа в пенах (коалесценция);

· рост кристаллов.

Если площадь межфазной поверхности остается постоянной (S_1,₂ = const, dS_1,₂= О), условие (2.8) может выполняться за счет уменьшения поверхностного натяжения (d s < 0), которое может быть обусловлено процессом адсорбции.

АДСОРБЦИЯ

Адсорбция - самопроизвольный процесс увеличения концентрации вещества в поверхностном слое по сравнению с концентрацией в объеме фазы, приводящий к уменьшению поверхностной энергии системы. Если адсорбция происходит на поверхности твердого тела, то тело называют адсорбентом, а поглощенное вещество вне зависимости от агрегатного состояния адсорбента - адсорбатом, или адсорбтивом. Однако основные закономерности адсорбции являются общими для поверхности раздела любых соприкасающихся фаз.

Более плотную фазу (определяющую форму поверхности) принято называть адсорбентом, вещество, молекулы которого могут адсорбироваться — адсорбтивом, уже адсорбированное вещество — адсорбатом. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЦИИ

Для количественного описания адсорбции применяют три величины.

1. Избыточная или гиббсовская адсорбция (Г i).

Количественно адсорбцию i-го компонента в молях на квадратный метр определяют по выражению

Г _i = n_i^S / S = , (2.9)

где n_i^S - число молей адсорбата, перешедшее из объема фазы в поверхностный слой;

S - площадь поверхности раздела фаз;

c^b_i и c_i - молярная концентрация i - гo компонента соответственно в поверхностном слое и в объеме фазы;

V_b - объем поверхностного слоя, который принято считать двухмерным и равным 1 см²;

S _1,2 - площадь поверхностного слоя.

Учитывая, что молярная концентрация, умноженная на объем, — это количество вещества,

Г _i = , моль/дм² (2.10)

2. Абсолютная адсорбция.

В тех случаях, когда способность вещества к адсорбции резко выражена, и вследствие этого c^b_i >>и c_i и v^b_i >> v_l > адсорбцию характеризуют величиной А_i н называемой абсолютной адсорбцией.

Таким образом:

Возможны случаи не только положительной адсорбции, при которой n_i^S > 0 и, следовательно, Г_i > 0 и т _i > О, но и отрицательной адсорбции, называемой также десорбцией, когда происходит вытеснение определенных компонентов из поверхностного слоя в объем фазы, в результате чего n_i < 0 и, следовательно, Г_i < 0 и т _i < 0.

Дата добавления: 2022-07-02; просмотров: 77; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!