Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Связь адгезии с краевым углом смачивания. Уравнение Дюпре-Юнга

Уравнение Дюпре-Юнга связывает работу адгезии с краевым углом и позволяет рассчитать работу адгезии если известны поверхностное натяжение жидкости и краевой угол.

В результате сочетания уравнения Дюпре с законом Юнга и замены разности σ_3,1-σ_2,3 ее выражением из закона Юнга σ_3,1-σ_2,3= σ_2,1cosθ получим уравнение Дюпре-Юнга:

А_а= σ_2,1+ σ_2,1 cosθ= σ_2,1(1+ cosθ)

или

А_а/ σ_2,1=1+ cosθ

Растекание жидкостей. Условие растекания. Эффект Марангони.

Рассмотрим условия растекания жидкости 2 по поверхности 3. Эти условия сводятся к росту межфазной поверхности и поверхности растекающейся жидкости 2 на границе с воздухом (фаза I), а также к уменьшению поверхности 3 на границе с воздухом. Изменение энергии Гиббса можно записать след-м обр-м:

dG=σ_2,1ds+σ_2,3ds-σ_3,1ds

или

dG=(σ_2,1+σ_2,3-σ_3,1)ds

Для самопроизвольного процесса dG<0 и ds>0 (условие растекания) получим

σ_2,1+σ_2,3-σ_3,1<0 или σ_3,1>σ_2,1+σ_2,3

Уменьшение межфазного натяжения σ_2,3 (увеличение работы адгезии) и поверхностного натяжения жидкости σ_2,1 способствует растеканию жидкости на поверхности смачиваемого тела. Если разность σ_3,1- σ_2,3 заменить выражением из уравнения Дюпре, то получим:

А_а-σ_2,1 > σ_2,1 или А_а>2σ_2,1 → А_а>А_к

Т.о. растекание происходит в случае превышения работы адгезии над работой когезии.

f= σ_3,1- σ_2,1-σ_2,3 f=А_а-А_к

f – коэффициент растекания по Гаркинсу

При положительном значении f жидкость растекается по поверхности, при отрицательном – не растекается.

Механизм растекания на твердых телах отличается от механизма растекания на поверхностях жидкостей, для которых характерна молекулярная подвижность. На твердых поверхностях жидкости растекаются в результате диффузии, капиллярности, летучести жидкости и по другим причинам. Условия растекания остаются теми же.

Растекание жидкости с меньшим поверхностным натяжением на поверхности жидкости с большим поверхностным натяжением – проявление эффекта Марангони. Под эти эффектом понимают движение (течение) в поверхностных слоях, вызываемое градиентом поверхностного натяжения. Течение происходит из области малых в область больших поверхностных натяжений вследствие самопроизвольного уменьшения энергии Гиббса поверхности.

Адсорбция. Основные понятия

Адсорбция – это самопроизвольный процесс повышения концентрации газообразных и растворенных веществ на границе раздела фаз, вызванный избытком свободной поверхностной энергии и сопровождающийся ее понижением за счет снижения σ (S=const).

Концентрирование газов и растворенных веществ на границе раздела происходит в результате притяжения (поглощения) молекул, атомов или ионов из окружающей среды поверхностью вещества, обладающей некомпенсированным силовым полем. Вещество, способное поглощать (адсорбировать) на своей поверхности другое вещество, называется адсорбентом, а вещество, которое поглощается, - адсорбтивом.

В некоторых случаях молекулы поглощенного газа диффундируют в глубь поглотителя и распределяются по всему объему. Такой процесс называется абсорбцией. Адсорбция и абсорбция объединяются общим понятием сорбции. Адсорбция – это поверхностная сорбция, абсорбция – объемная сорбция.

Свойства адсорбции:

- термодинамическая обратимость, т.е. динамическое равновесие двух противоположных процессов – адсорбции и десорбции.

Десорбция – обратимый процесс перехода вещества из поверхностного слоя в объемную фазу.

- экзотермичность процесса из-за самопроизвольного взаимодействия между частицами адсорбента и адсорбтива;

- малая энергия активации, а следовательно, большая скорость протекания адсорбции.

Количественно величина адсорбции r определяется избытком адсорбтива в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы, отнесенным к единице площади поверхности адсорбента:

где С₀ и С_р – начальная и равновесная концентрации адсорбтива, моль, S – поверхность адсорбента, м².

Если адсорбентом является твердое пористое тело, общую поверхность которого определить невозможно, то адсорбцию а относят к единице массы адсорбента m:

Адсорбцию чаще всего характеризуют зависимостью величины адсорбции от концентрации (или парциального давления) адсорбтива при постоянной температуре:

r=f(Cp) или r=f(Pp) при T=const

Эту зависимость называют изотермой адсорбции.