Коллоидная химия
жүктеу/скачать 1,83 Mb.
|
Лекция коллоид рус
- Бұл бет үшін навигация:
- Молекула μˉ
- Поверхностное натяжение 2.2.1. Определения поверхностного натяжения
- 1. Поверхностное натяжение численно равно работе обратимого изотермического образования единицы поверхности
Таблица 2.1Вклад различных видов энергии в общую энергию притяжения молекул
Из приведенных данных видно, что наименьший вклад в межмолекулярное взаимодействие вносят индукционные силы. Для сильно полярных молекул значителен вклад ориентационного взаимодействия (Н2О), С6Н5NО2, а в основном молекулы взаимодействуют за счет дисперсионного взаимодействия. Наряду с силами притяжения между молекулами возникают и силы отталкивания. Теоретических моделей, описывающих эти силы, нет. Известно, что они действуют на ещё более близких расстояниях, чем силы притяжения. Существует удачное эмпирическое приближение: (2.5) Суммарное выражение для описания сил межмолекулярного взаимодействия можно выразить, например, уравнением Леннарда-Джонса(*): (2.6) На сравнительно далёких расстояниях превалируют силы притяжения, а на малых – силы отталкивания. На определенном расстоянии эти силы должны быть равны, т.к. это отвечает минимуму энергии: E Рис. 2.1. Зависимость потенциальной энергии взаимодействия двух молекул от расстояния между ними 2.2. Поверхностное натяжение 2.2.1. Определения поверхностного натяжения Возьмем объект такой конфигурации, чтобы при его разрыве плоскостью скольжения образовались две составляющих части с площадью поверхности S. При разрыве тела тратится определенная работа, идущая на разрыв межмолекулярных сил. Естественно, что эта работа пропорциональна площади межфазной поверхности: W=σ S (2.7) + Рис.2.2. К определению поверхностного натяжения как работы образования единицы поверхности На новой поверхности образуется слой молекул, обладающих большей энергией, чем молекулы внутри фазы. Коэффициент пропорциональности между работой и площадью межфазной поверхности называется коэффициентом поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением. Исходя из приведенного уравнения, виден физический смысл поверхностного натяжения как работы: 1. Поверхностное натяжение численно равно работе обратимого изотермического образования единицы поверхности Понятие обратимого процесса накладывает определенное ограничение на использование этого определения, так как не всякую границу раздела фаз можно получить приведёнными рассуждениями обратимо. Например, получение новой площади границы раздела т/г невозможно получить обратимо, т.к. реально нужно учитывать необратимую деформацию молекул. Поэтому часто используют определение поверхностного натяжения как удельной поверхностной энергии. 2. Поверхность раздела фаз обладает избытком нескомпенсированной энергии. Этот избыток в расчете на единицу поверхности составляет удельную свободную поверхностную энергию. Для увеличения площади жидкой фазы нужно преодолеть внутреннее давление и совершить определенную механическую работу. Если увеличение площади производится при Р, Т = cоnst или V, T = cоnst, то оно сопровождается увеличением поверхностной энергии системы. Термодинамическое определение поверхностного натяжения вытекает из объединенного уравнения I и II начал термодинамики. Запишем его для гетерогенной системы относительно внутренней энергии U: dU = TdS – PdV +σdS +∑μidni +φ dq (2.8) при S, V, ni, и q = cоnst dU = σ dS (2.9)
т.е. поверхностное натяжение – частная производная от внутренней энергии по площади поверхности раздела фаз при постоянных энтропии, объеме, числе моль вещества и заряде поверхности. Так как объединенное уравнение может быть записано относительно и других термодинамических потенциалов, то при соответствующих постоянных параметрах получаем:
Поскольку чаще всего мы имеем дело с процессами, происходящими в изобарно-изотермических условиях, то можно встретить такое определение: жүктеу/скачать 1,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||