Характеристика предмета коллоидной химии

Введение

Дисциплина, к изучению которой мы приступаем, до настоящего времени не получила общепринятого наименования, но при этом имеет точную дату своего возникновения – 1861г.

Исторически первым было название - «коллоидная химия». Это было связано с тем, что в 1861г. английский химик Томас Грэм (1805-1869), один из основателей и первый президент Лондонского химического общества опубликовал работу, в которой сделал попытку классификации веществ по способности их растворов кристаллизоваться и диффундировать через полупроницаемые мембраны. Все вещества были им разделены на два класса: кристаллоиды (быстро диффундируют и способны к кристаллизации) и коллоиды (не диффундируют и не кристаллизуются). Согласно представлениям Грэма коллоиды, в отличие от кристаллоидов, не дают истинных растворов, имеют повышенную вязкость и неустойчивы во времени. К ним он отнес такие природные вещества как оксиды алюминия, железа, цинка, белки, танин, декстрины, крахмал, агар-агар, казеин и т.д. Большинство из приведенных веществ по своему физическому состоянию напоминают, либо используются для приготовления клеев, а клей по-гречески “ colla ”. Однако, уже в 1869 г. профессор Киевского университета Борщов сформулировал представления о коллоидах не как об особом классе веществ, а как о состоянии, присущем многим веществам в том числе и кристаллоидам. В последствие это положение было подтверждено многими работами и показано, что даже такие кристаллические вещества как поваренная соль и металлы могут быть переведены в коллоидное состояние. Таким образом термин “коллоид” означает особое состояние вещества, в котором могут находиться практически все известные тела. Это состояние характеризуется высокой степенью раздробленности (дисперсности) вещества, развитой удельной поверхностью с присущими ей многочисленными поверхностными явлениями. В связи с этим более современным наименованием дисциплины является не «Коллоидная химия», а «Поверхностные явления и дисперсные системы». Существуют и другие названия этому курсу: «Капиллярная химия», «Физическая химия реальных тел». Все они в той или иной степени отражают его содержание.

Иногда словосочетание «Поверхностные явления и дисперсные системы» мы будем заменять «Коллоидная химия». Этой дисциплиной заканчивается изучение общехимических курсов и начинается изучение прикладных, т.к. изучаемые в ней законы и принципы сопровождают такие общехимические и технологические процессы:

Измельчения

Гранулирования

Фильтрации

Спекания

Синтеза новых материалов

Адсорбции

Коррозии, склеивания, крашения, печатания

Характеристика предмета коллоидной химии

Количественные характеристики дисперсных систем

 

Для характеристики дисперсных систем используют три основных величины:
1.Поперечный размер частиц (ø, ребро куба) – d; [d]=см, м
2.Дисперсность (Д) – величина, обратная поперечному размеру частиц: Д=1/d; [Д]=см^-1, м^-1

Физический смысл – число частиц, расположенных на длине 1см или 1м
3. Физический смысл (S_уд) – это межфазная поверхность (S_1.2), приходящаяся на единицу объема (V) или единицу массы (m)

; [S^V_уд]=см²/см³=см^-1(м^-1)

;[S^m_уд]=см²/г, м²/кг
для кубических частиц
для волокон
для пленок
для сферы
В общем виде , где k – коэффициент формы

 

Рис.1 Зависимость удельной поверхности от поперечного размера частиц (d) и от дисперсности (Д)

 

В зависимости от размера частиц системы могут быть моно- и полидисперсные. Реальные системы - полидисперсные.

Поверхностное натяжение

Почему по водной поверхности бегают пауки?

Почему металлическая игла удерживается на водной поверхности?

Почему англичане еще в XVII – XVIII вв. выливали в бушующее море тюлений или китовый жир?

Как норвежские рыбаки определяли место косяка сельди?

Еще раз посмотрим на энергетическое положение атома внутри тела и на его поверхности.

А.(внутри)

F_рез=0

Б.(на поверхности)

F_рез≠0

и направлена внутрь тела

 

 

Втягивая поверхностные атомы внутрь, тело как бы стремится уменьшить свою поверхность. На поверхности возникает напряжение, вызванное наличием избыточной энергии из-за нескомпенсированности энергии поверхностных атомов.

1. Избыточная поверхностная энергия приходящаяся на единицу площади поверхности получила название поверхностного натяжения (σ)

Физическая природа σ в нескомпенсированности поля межмолекулярных сил на межфазных поверхностях.

2. Его можно также трактовать как силу, действующую тангенциально поверхности (вдоль нее) и препятствующую увеличению поверхности. Опыт Дюпре с мыльной пеной.

3. σ – можно также рассматривать как работу, затраченную на разрыв межатомных или межмолекулярных связей, т.е. это работа образования единицы поверхности. На σ влияют T, q, добавки ПАВ. [σ]=Дж/м²; Нм/м²=Н/м. В СГС: дин/см; 1 Н/м=1000 дин/см

Чем сильнее межмолекулярные связи в веществе, тем больше σ на его межфазной поверхности.

Отсюда: H₂O → σ=0,0721 Дж/м²

Здесь атомы связаны сильнее

C₂H₅OH → 0,0221

Говорят о удельной поверхностной энергии

Hg → 0,473

Fe → 4,0

W → 6,8

Алмаз → 11,4 – макс. знач.

Строение ДЭС

Представление о строение ДЭС за сто лет истории претерпели изменения

Квинки сделал предположения об его образовании. Гельмгольц и Перрен представляли его строение по аналогии со строением плоского конденсатора. Предполагалось, что на границе прикасающихся фаз заряды располагаются в виде двух рядов разноимённых ионов. Толщина слоя считалась близкой к размерам молекул или сольватированных ионов на этом расстоянии φ уменьшалась до 0. Поверхностный заряд определяется в соответствии с теорией плоского конденсатора.

Гюи (Франц)

Однако, такое строение возможно без учёта теплового движения ионов.

Независимо друг от друга Гюи и Чепмен предположили строение ДЭС с учётом теплового движения. По их мнению все противоионы будут рядом с потенцио определяющим ионами только при 279 К. При более высоких температурах из-за кинетической энергии ионов они располагаются не упорядочено, образуя размытую диффузную структуру Отто Штерн (нем). – нобелевская премия.

 

Современная теория строения ДЭС предложена Штерном. Она объединяет обе предыдущие теории: слой противоионов состоит из двух частей: в близи поверхности есть адсорбционный слой Гельмгольца, Толщиной δ не более диаметра гидратированных ионов; далее находится диффузный слой Гюи, толщиной λ с потенциалом φ_δ, зависящих от свойств и состава системы. Т.к. противоионы в диффузной части распределены неравномерно, φ его изменяется не линейно

q_ДЭС = q_δ + q_λ, где q_δ и q_λ – заряды на межфазной поверхности и границе слоя Гельмгольца. В свою очередь: q_δ= q_{электростатич.вз.}+ q_{ковалент.св.} из-за наличия различных адсорбционных центров.

Гуи и Чепмен предположили, что в диффузной части ионы в результате теплового движения распределяются в соответствии с законом Больцмана. В результате было в ведено уравнение, определяющее связь ДЭС с расстояние от поверхности (уравнение Гуи-Чепмена).

При φ_д.э.с.<<25мВ

φ_х=φ_δе^-х/λ, при х=λ, φ_х=φ_δ/е,

т.е. за толщину дифференциальной части д.э.с. берется расстояние на котором φ уменьшается в «е» раз (2,718 раз).

Каково же это расстояние? Так симметрично одновалентного элемента при его концентрациях 10^-1, 10^-3, 10^-5 моль/л, λ=1,10,100 нм, т.е. , т.е. много больше диаметра ионов.
На λ оказывают влияние состав раствора, Т, ε (они его повышают), z (понижает).

Полная электрическая емкость д.э.с. выражается как суммарная емкость двух последовательно соединенных конденсаторов ,

В разбавленных растворах с_δ>>c_λ, отсюда с@с_λ, т.к. δ<<λ.

Примеры д.э.с. и строение мицеллы

Система AgJ – вода (избыток AgNO₃)

- мицелла

систем AgJ-вода (избыток KJ)

 

Для амфотерных веществ заряд поверхности может изменяться в зависимости от pH среды. В этом случае потенциалопределяющими ионами могут быть либо OH^-, либо H⁺.

4.3 Термодинамика образования д.э.с. Уравнение Габриэль-Липмана

Образование д.э.с. происходит самопроизвольно в результате стремления системы уменьшить энергию поверхностного слоя. Избыточная поверхностная энергия при образовании д.э.с. превращается в электрическую. Из объединенного уравнения I и II начал т.д. имеем:

, при T, p, n_i – const

Полный дифференциал энергии Гиббса

вычитая из него первое уравнение имеем

или - 1 уравнение Липмана.

Оно определяет связи между q, φ, σ д.э.с.

Если знаки q_s и φ совпадают, то с увеличением φ σ уменьшается

Если знаки q_s и φ различны, то с увеличением φ σ увеличивается.

При малом значении q_s σ слабо зависит от φ.

В реальных системах, стремящихся к равновесию, знаки q_s и φ совпадают, а значит уменьшение σ сопровождается увеличением φ. Емкость конденсатора . Считая д.э.с. конденсатором и подставив в это уравнение значение q из 1 уравнения Липмана

- 2 уравнение Липмана.

Оно позволяет определить с, зная зависимость σ от φ.

4.4 Уравнение электрокапиллярной кривой.

Название связано с прибором капиллярным электрометром, используемым Липманом для экспериментов по выводу этого уравнения. Емкость подставив в 1 уравнение Липмана д.э.с.

; ; . Проинтегрируем по σ от σ до σ_max и по φ от φ до φ₀ (точка нулевого заряда) получим:

Если принять φ=0 в точке «0» заряда - уравнение капиллярной кривой. Оно характеризует изменение σ от φ при с=const.

Симметричность ветвей параболы говорит о равном сродстве катионов и анионов к поверхности, если они выступают в качестве противоионов.

Обычно ветви несимметричны. Вершина кривой отмечает точки «О» заряда в этой точке: , т.е. σ не зависит от φ, но φ может быть ≠0, его тогда называют потенциалом «нулевого заряда».

Для оксидов и гидроксидов, у которых в воде потенциал определяющими ионами являются OH^- и H⁺. Точка «О» заряда соответствует определенному значению pH (здесь величины зарядов обоих знаков равны, их алгебраическая сумма равна нулю). pH_и.э.т. зависит от кислотно-основных свойств вещества.

.

Чем больше кислотность вещества, тем меньше pH_и.э.т.

Типы адсорбции

Согласно физико-химической классификации различают:

1) Физическая адсорбция (молекулярная)

2) Хемосорбция (химическое присоединение атомов и молекул)

3) Ионный обмен

Физическая адсорбция реализуется сил Ван-дер-Вальса. Они включают силы Франца, Лондона, создают дисперсионный эффект. За счет флуктуаций эмбрион плотностей соседних атомов – 65-70% вклад.

- силы Кеезома, создают ориентационный эффект при деполь-депольном взаимодействии полярных молекул – 25-30%

- силы Дебая, создают индукционный эффект за счет индуцирования деполя в неполярной молекуле при взаимодействии ее с полярной – 5%

Для всех 3х составляющих выполняется закон изменения энергии от расстояния.

, ;

с – const, своя для каждого эффекта; m ≈ 12.

Полная потенциальная энергия взаимодействия двух атомов:

При адсорбции идет взаимодействие адсорбируемого атома со многими атомами вещества. С учетом способности адс. взаимодействий к аддитивности после математических операций получим:

, т.к. получили вместо 6 степени 3 можно сказать, что адсорбционные силы имеют более дальнодействующий характер:

, n – число атомов, с которыми идет взаимодействие.

.

Вывод:
1. Чем больше n, тем больше адсорбция.

2. Чем больше атомов в молекуле, тем лучше адсорбция, т.к. выше в несколько раз.

 

 

Хемосорбция – обусловлена силами химической природы (ионное взаимодействие, образование ковалентных, водородных связей). При этом может теряться индивидуальность исходных компонентов.

Четкой границы между физической адсорбцией и хемосорбцией нет. Физическая адсорбция может предшествовать хемосорбции. Один и тот же Адсорбат может адсорбироваться по различному механизму в зависимости от условий.

Адсорбция О₂ на угле.

- физическая адсорбция.

- хемосорбция

Десорбция уже СО или СО₂

 

Отличия физической адсорбции от хемосорбции не вникая в механизм взаимодействия:

ü величина

ü универсальность и слабая специфичность физической адсорбции по сравнению с хемосорбцией

ü обратимость физической адсорбции

ü характер температурной зависимости

Ионный обмен

Эквивалентный обмен ионов адсорбата на ионы того же знака адсорбента называется ионным обменом. Проявляется в гетерогенной системе т-ж, ж-ж, когда из жидкой фазы могут не переходить ионы в твёрдую фазу или другую не смешивающую жидкость. Суть ионного обмена в эквивалентном обмене. Адсорбенты способные к такому обмену называются ионообменниками или ионитами. Они находят большое применение. Их классифицируют:

- на природные (торф, почвы гидроокиси металлов) и синтетические (ионообменные смолы, цеолиты, феррцианиты и тд.)

- по составу: на органические (ионообменные смолы и тд.) и неорганические (сульфиды силикаты)

- по знаку заряда обменных ионов на катиониты (КУ-2), аниониты (АВ-17, АН-31), амфолиты (АНКБ-34), гидроокиси металлов (ЭДЭ-10П)

Механизм адсорбции на катионите может быть.

R-COO-H + Na⁺ → R-COONa + H⁺

Адсорбция идёт на функциональных группах. Используется в металлургии, извлечении ценных компонентов, очистки воды, крови и тд.

Особенности ионного обмена

1. Эквивалентность обмена

2. Адсорбция заряженных частиц (ионы, радикалы)

3. Неуниверсальный характер

4. Наличие рядов селективности

Лиотропный ряд Na⁺<K⁺<Rb⁺<Cs⁺

Электроселективный ряд Fe³⁺>Ca²⁺>Na⁺

Ёмкость ионита по адсорбционным ионам определяется как COE или DOE, выражается мг-экв/г, мг-экв/см³, или мг/г, мг/см³. COE до 10-12мг-экв/г.

Важные характеристики:

1. ёмкость

2. селективность
3. химическая стойкость

4. способность к регенерации

Метод разделения основан на различие в адсорбции веществ некоторыми адсорбентами называется хроматографией.

Адсорбция на границе ж-г

При растворении вещества в жидкости возможно

1. растворённое вещество не меняет σ-сахар

2. растворённое вещество увеличивает σ –неорганические электролиты

3. растворённое вещество уменьшает σ – органические вещества

Вещества, которые увеличивают σ называются инактивными

Вещества, которые уменьшают σ называются ПАВ

В адсорбционном уравнении Гиббса для растворенных веществ

Влияние природы вещества на адсорбцию отражает dσ/dc. Она определяет знак Г.

Величина называется поверхностной активностью адсорбата (Ребиндер)

Физический смысл – это сила удерживающая вещество на поверхности и рассчитанная на единицу Гиббсовской адсорбции. Единица измерения: Н*м²/моль; Дж*м/моль.

g=-tgα касательной к кривой σ = f(с) в точке пересечения её с осью ординат

Если g>0 ,

g<0 , концентрация в объёме большая.

Толщина насыщенного адсорбционного слоя

Обычно h совпадает с длинной правильно ориентированной в ней молекулы адсорбированного вещества. Насыщенный адсорбционный слой представляет собой сплошной “молекулярный ковёр” адсорбционного вещества.

Уравнение Шишковского

Большинство органических веществ являются ПАВ. Все они имеют дифильное строение:

1. по типу гидрофильных групп различают ионогенные и неионогенные ПАВ (жирные кислоты)

ионогенные:

- анионные карбоновые кислоты и их соли, стеарат Na: C₁₇H₃₅COONa, олеат Na: C₁₇H₃₃COONa

- катионные соли алифатических и ароматических аминов

- амфолитные (в зависимости от pH проявляют катионные или анионные, активные свойства, т.е. имеют –COOH или –NH₂ группы)

Поверхностная активность зависит от длины углеводородной цепи. Согласно правилу Дюкло-Трауба в гомологическом ряду жирных кислот при удлинение углеводородной цепи на 1 CH₂ группу увеличивается g в 3-3,5 раза (3,2раз)

Поверхностная активность вещества характеризуется также величиной ГЛБ (гидрофильно-липофильного баланса) – соотношение моль массы гидрофильной и гидрофобной групп. Согласно эмпирическим циклам Гриффита ГЛБ изменяется от 1 до 40,

ТЭА – 12; олеат Na – 18, олеиновые кислоты 1

Переход ПАВ из истинно растворимого состояния в коллоидное характеризуется ККМ (критическая концентрация мицеллообразования). Это минимальная концентрация ПАВ, которая характеризует образование концентрированного раствора. Солюбилизация – включение внутрь мицеллы частиц. Поверхностная активность олеата Na (мыла) составляет ~ 4*10⁷ Гиббс, т.е. на межфазной поверхности его концентрация не будет в 30 тыс.раз больше, чем в объёме, а значит концентрацией ПАВ в объеме можно пренебречь.

Шишковским было введено эмпирическое уравнение, характеризующее изменение σ от концентрации ПАВ в растворе.

А, В – опытные константы

В – константа для всего гомологического ряда

А – константа изменения в соответствии с правилом Траубе.

Потом это уравнение было выведено теоретически из предположения А=Г и обосновано физическим смыслом обеих констант. Комбинируя уравнение Гиббса с уравнением Шишковского для растворов жирных кислот

А – константа адсорбционного равновесия.

Способность твердых адсорбентов поглощать газы и пары определяется состоянием и однородностью его поверхности и степенью пористости. Активность различных участков поверхности неоднородна. Так первые порции О₂ на угле адсорбируются с .

 

Получение пористых тел:

1) гидрозоль → коагуляция → сушка геля → дробления (d=0,1-7нм) так получают SiO₂, Al₂O₃, MgO, цеолиты (0,4-1,1нм)

2) высокотемпературная активизация угля – сырца (торфа, костей) Т=700-900 ºС в атмосфере водяного пара, CO₂ некоторых кислот (HCl, HNO₃ и др)

3) Ni-гидрат выщелачивает Ni-Al сплавы.

5.5 Закон Генри (англ. уч. Уильям Генри 1836)

Общим термодинамическим уравнением адсорбции является адсорбционное уравнение Гиббса, связывающее σ и μ.

Однако, рассмотрение адсорбции как процесса взаимодействия адсорбата с адсорбентом требует учета различных механизмов. Наиболее просто этот вопрос решается для систем «г-ж» и «ж-ж» в связи с энергетической однородностью поверхности жидкости. В этом случае активности отдельных участков адсорбционного поля практически выравниваются. Для твердых тел присутствует сильная неоднородность как геометрическая, так и эмпирическая.

Пусть адсорбционный слой рассматривается как отдельная фаза:

Для объема

, где К – const, не зависящая от «с»

;

;

- коэф. распределения.

Эти уравнения выражают изотерму адсорбции в общем виде.

Если с→0, то

; - закон Генри

Здесь К_Г – const Генри

При разбавлении системы адсорбция пропорциональна концентрации с коэффициентом пропорциональности К_Г

При разбавлении системы коэффициент распределения стремится к константе (К_Г).

Для газов

С определенной концентрацией «с_о» начинается отклонение от закона Генри. Величина и знак отклонений определяется соотношением сил взаимодействия адсорбционных частиц между собой и с поверхностным слоем.

Если взаимодействие частиц адсорбата с поверхностным слоем больше, чем между собой, то А возрастает и Д возрастает → «1»
и наоборот, тогда А уменьшается и Д уменьшается → «2»

Изотерма адсорбции Ленгмюра

(ам. уч. Ирвинг Ленгмюр, Нобел. Прем.)

Фундаментальным вкладом в учение об адсорбции является изотерма Ленгмюра. Она позволяет учесть отклонения от закона Генри, связанные с ограниченной поверхности адсорбента. Вывод уравнения Ленгмюра базируется на трех постулатах:

1. Адсорбция локализована на отдельных адсорбционных центрах, каждый из которых взаимодействует только с 1 молекулой адсорбата, образуя мономолекулярный слой.

2. Адсорбционные центры энергетически эквипотенциальны, а поверхность эквипотенциальна.

3. Адсорбируемые молекулы не взаимодействуют друг с другом.

Рассмотрим адсорбцию как квазихимическую реакцию

- адсорбционный центр

- Адсорбционный комплекс

; - величина адсорбции

; - число адсорбционных центров

-емкость адсорбционного монослоя, число адсорбционных центров на ед. площади поверхности или массы

- уравнение изотермы Ленгмюра

Для газов:

К и К_Р характеризуют энергию взаимодействия адсорбата с адсорбентом (чем больше К, тем сильнее взаимодействие).

- степень заполнения поверхности адсорбента

При С→0 ; - изотерм Генри

Т.е. уравнение Ленгмюра является более общим соотношением, включающим в себя уравнение Генри.

При больших С или Р К_С>>1; и

Это отвечает насыщению адсорбата. Отсюда

- площадь, занимаемая одной молекулой

Уравнение Ленгмюра очень часто решается Графически. Для этого оно приводится к линейной форме

Электрокинетические явления

1809 Рейс (московский профессор), Фердинанд Фридрих (немец).

Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля называется электроосмосом.

Явление перемещение частиц дисперсной фазы в электрическом поле называется электрофорезом (частицы имеют заряд противоположный жидкости)

 

1859г. Квинке показал, что серц. Явление обратное электроосмосу, т.е. при течение жидкости через пористое тело под давлением возникает разность потенциалов. Явление называется потенциалотечение или протекание. Наблюдается при продавливании жидкости через дерево, глину, песок, графит и тд. ~ .

 

1887г. Дорн измерил при седиментации частиц кварца в центробежном поле, т.е. открыл явление обратное электрофорезу – возникновение при осаждении дисперсной фазы получила название потенциалоседиментации или осаждения (эффект Дорна).

 

Таким образом электрокинетические явления по причинно следственным признакам делят на 2 группы:

1. электроосмос, электрофорез – движение фаз вызывается

2. потенциалотечение и потенциалоседиментации – движение фаз вызывают

Причина электрокинетических явлений в наличии на границе фаз ДЭС.

При движении фаз происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения, которая проходит через диффузный слой. В результате дисперсная среда и фаза оказываются противоположно заряженными. Потенциал, возникающий на плоскости скольжения, называется ξ – потенциалом или электрокинетическим потенциалом. ξ всегда меньше потенциала диффузного слоя.

Величина ξ зависит от природы фаз, Т, ε, Z, η и может составлять 100 мВ и больше (оксиды).

Электроосмос

Линейная скорость: - уравнение Гельмгольца-Смоулховского.

- электроосмотическая подвижность [м²/сВ]

 

через объемную скорость можно выразить как , где S – поперечное сечение в капилляре.

; ;

;

L – расстояние между электродами

- Δφ

I – сила тока, R – сопротивление

- удельная объемная электропроводность

- поверхностная проводимость

- коэф. эффективности диафрагмы

это приращение проводимости в растворе за счет ДЭС, если диаметры капилляров велики - можно пренебречь.

Электрофорез

Подвижность:

;

В разбавленных растворах при 20 ºС: ;

;

с – концентрация суспензии;

S – поверхность электродов.

Уравнение Гельмгольца-Смоулховского для ξ – потенциала через потенциал течения имеет вид:

- число частиц в единице объема;

Е – напряжение поля, возникающее при седиментации.

заменится на .

Потенциал течения и потенциалседиментации могут являться причиной взрывов и пожаров при перекачке топлива, технологических растворов, осаждении суспензий и эмульсий в связи с возникновением высоких .

 

Практическое использование:

электроосмос – осушка различных объектов (стен зданий, сыпучих материалов, при строительстве плотин, дамб), электроды – полые трубы с отверстиями → откачка, фильтрация – трудно фильтруемых сред

электрофорез – в авто и электронной промышленности нанесение покрытий равномерно на детали сложной формы.

1й электрод – деталь, 2й электрод – емкость с суспензией. Анодофарез и катодофарез – деталь.

Медицина – фракционирование полимеров.

Смачивание. Краевой угол

Часто предшествует адгезии явление взаимодействия «ж» с «т» или другим «ж» при наличии одновременного контакта 3х несмешивающихся фаз (одна обычно газ). Отличие от адгезии: степень смачивания характеризуется краевым углом либо косинусом угла смачивания. Под ним понимают угол, образованный касательной к межфазной поверхности с вершиной на линии раздела фаз.

Капля жидкости на твердой поверхности либо растекается либо принимает определенную форму.

1) Наличие избыточной поверхностной энергии твердого тела растягивает каплю - . Этому препятствует:

2) Когезионные силы -

3) Сниженная поверхностная энергия межфазной поверхности .

и - пытаются сжать каплю.

В равновесии: - закон Юнга.

Чем больше (меньше ), тем лучше смачивание поверхности.

При >0 – смачивание хорошее – острый угол

<0 – смачивание отсутствует – тупой угол

Т.к. ≠0 – полного несмачивания не бывает.

Для минералов: кварц - =0

малахит - 17º

графит - 55º

парафин - 106º

тефлон - 108º

Разные жидкости неодинаково смачивают одну и ту же поверхность.Ө - измеряют по проекции межфазной поверхности на экране (чистота поверхности).

Эффект Марагони.

сичка + мыльная вода

Течение жидкости в поверхностных слоях, вызвано градиентом σ. Движение жидкости от малых σ в сторону больших σ. Интенсифицируют: добавки ПАВ, градиент Т, концентрация.

Большая роль в процессах массопереноса (экстракция, адсорбция, конвекция и т.д.). Эффект Марангони влияет на устойчивость пленок. Капля спирта на пленку Н₂О вызывает сухое место (вода разбегается).

Правило Антонова

Если две жидкости находятся в контакте друг с другом, то со временем они взаимно насыщаются и в связи с этим снижается растекание из-за умнеьшения разницы поверхностных натяжений этих веществ на границе с воздухом.

Так в системе бензол – вода уменьшается с 8,8 до -1,6, т.е. через какое-то время скатывается в капли.

Антонов на основе большого количества экспериментов, где , сформировал правило:

Межфазное натяжение между двумя взаимно насыщенными жидкостями равно разности поверхностных натяжений их взаимно насыщенных растворов на границе с воздухом:

Флотация

(флот – плавать на поверхности воды)

Технологический процесс разделения мелких твердых частиц различных веществ, а также капель дисперсной фазы, основанный на их различной смачиваемости. Может быть пенная, масляная, ионная и т.д. обогащение руд, очистка сточных вод. Процесс ведут во флотационных машинах (механические, пневматические, комбинированные).

Суть процесса – через суспензию мелкоразрубленные руды (сульфидной) в воде бомбардируют воздухом в виде мелких пузырей, к которым прилипают плохо смачиваемые частицы (сульфидов), а хорошо смачиваемые частицы (силикатные породы) остаются в растворе. Затем вынесенные частицы сгребают с поверхности. Для увеличения эффективности процесса в раствор добавляют:

1.ПАВ – для увеличения пенообразования

2.собиратели – гидрофобизирующие поверхность сульфидов

3.регуляторы – гидрофилизирующие поверхность породы

Седиментационный анализ.

(исследование дисперсных систем в гравитационном или центобежном поле).

Цель – определение гранулометрического состава дисперсной фазы, распределение частиц по размерам, а также определение S_уд., преобладающего размера.

Методы, которые в основе:

- измерение скорости осаждения

- измерение распределения частиц по высоте

1 – метод для r 10^-4 – 10^{-7 м}

2 – метод для r < 10^-7м с использованием центробежного поля (для крупных молекул)

I метод.

или

Если

- Частицы имеют сферическую форму

- Движутся ламинарно с U – const