Движущие силы адсорбции
До сих пор мы рассматривали межфазные равновесия и распределения компонентов между фазами. А что происходит на межфазных границах? Некоторое представление об этом Вы получили при изучении строения границы металл / водный раствор электролита (некомплексной соли данного металла) (глава 1).
Адсорбция – самопроизвольное концентрирование вещества на межфазной границе. В рассмотренной в главе 1 системе поверхность металла / раствор его соли (граница раздела твердой и жидкой фаз) самопроизвольно на поверхности адсорбируются потенциалопределяющие ионы, т.е. катионы соли). Движущая сила процесса адсорбции – нескомпенсированность межмолекулярных взаимодействий на границе фаз по сравнению с таковыми внутри объема фаз.
Если химические (ковалентные) связи на границе фаз не образуются, то межмолекулярными взаимодействиями, ответственными за адсорбцию, могут быть водородные связи, электростатические (кулоновские), ион-дипольные, диполь-дипольные, ван-дер-ваальсовые взаимодействия (общая химия и лекции по физической химии).
В результате нескомпенсированности межмолекулярных взаимодействий обязательно возникает избыточная поверхностная энергия Гиббса:
GS = s W, (1.29)
где W, - площадь поверхности раздела фаз (м2); s - избыточная удельная поверхностная энергия (Дж/м2).
Самопроизвольно в многофазной системе могут идти только процессы с уменьшением этой энергии (Δ GS < 0). Поэтому возможны две группы явлений на межфазных границах:
|
|
|
1) При s = const условие Δ GS = s Δ W < 0 выполнимо при уменьшении площади межфазной границы: Δ W < 0. Образование, устойчивость и особые свойства систем с большой общей поверхностью раздела фаз (дисперсных и коллоидных систем) рассматриваются в курсе коллоидной химии (часть II).
2) При W = const условие Δ GS = W Δ s < 0 выполняется, если понижается избыточная удельная межфазная энергия: Δ s < 0.
Величина s, как и силы межмолекулярного взаимодействия, зависит от природы молекул, находящихся в поверхностном слое. Поэтому самопроизвольно на поверхность будут стремиться "попасть" молекулы, характеризующиеся наиболее слабыми межмолекулярными взаимодействиями. Это означает, что концентрация таких молекул в объеме окажется меньше, чем на поверхности, т.е. будет протекать адсорбция молекул в поверхностном слое.
Значительную роль при адсорбции играет также геометрия поверхности раздела фаз. В курсе физической химии рассмотрим случай открытой плоской поверхности. “Плоской” считается поверхность, радиус кривизны которой значительно превышает размеры даже самых больших (полимерных) молекул, т.е. не меньше 100 нанометров (нм) = 10-7 м.
|
|
|
Искривление поверхности раздела фаз приводит к появлению дополнительного избытка (или недостатка) поверхностной свободной энергии, величина которого зависит от радиуса кривизны поверхности раздела фаз. Такие системы тоже будут рассматриваться в курсе коллоидной химии (часть II).
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 28; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!