Презентация на тему "Поверхностные явления"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  1 Поверхностные явления pptcloud.ru

• 
  Слайд 2
  

  2 Поверхностное натяжение Физический смысл поверхностного натяжения рМ – внутримолекулярное давление

• 
  Слайд 3
  

  3 Энергетическое определение поверхностного натяжения Поверхностное натяжение (σ) – работа обратимого изотермического процесса, затраченная на образование единицы площади поверхности раздела фаз: Силовое определение поверхностного натяжения Поверхностное натяжение – сила, направленная тангенциально (параллельно) к поверхности и приходящаяся на единицу длины периметра, ограничивающего эту поверхность. Физическая сущность – поверхностные молекулы стремятся уйти вглубь конденсированной фазы, тем самым, сжимая поверхность.

• 
  Слайд 4
  

  4 Термодинамическое определение поверхностного натяжения Поверхностное натяжение - частная производная от любого термодинамического потенциала по площади межфазной поверхности при постоянных соответствующих параметрах. Единицы измерения Энергетическая –Дж/м2, силовая – Н/м. Для воды при 293 К: СИ: Дж/м2 = Н∙м/м2 =Н/м

• 
  Слайд 5
  

  5 Влияние различных факторов на величину поверхностного натяжения Химическая природа вещества * - представлены величины удельной поверхностной энергии Поверхностное натяжение меньше у неполярных жидкостей, имеющих слабые межмолекулярные связи, и больше у полярных жидкостей. Большим поверхностным натяжением обладают вещества, имеющие межмолекулярные водородные связи, например вода.

• 
  Слайд 6
  

  6 Природа граничащих фаз Поверхностное натяжение на границе двух жидкостей зависит от полярности. Правило Ребиндера: чем больше разность полярностей жидкостей, тем больше поверхностное натяжение на границе их раздела. Правило Антонова: если жидкости ограниченно растворимы друг в друге, то поверхностное натяжение на границе ж1/ж2 равно разности между поверхностными натяжениями взаимно насыщенных жидкостей на границе их с воздухом или с их собственным паром:

• 
  Слайд 7
  

  7 Межмолекулярные и межфазные взаимодействия Когезия Когезия – притяжение атомов или молекул внутри отдельной фазы, обусловленное межмолекулярными и межатомными взаимодействиями различной природы. Работа когезии (Wк) - работа, затрачиваемая на разрыв тела по сечению, равному единице площади.

• 
  Слайд 8
  

  8 Адгезия Адгезия– взаимодействие между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. Причина адгезии – молекулярное притяжение контактирующих веществ или их химическое взаимодействие. Работа адгезии (WА) – работа, которую необходимо совершить для разделения двух контактирующих фаз. Уравнение Дюпре:

• 
  Слайд 9
  

  9 Способность к растеканию зависит от когезии наносимой жидкости. Многие органические вещества растекаются по поверхности воды, а вода, как правило, не растекается на поверхности органических веществ. Растекание жидкости Правило Гаркинса - растекание одной жидкости по поверхности другой происходит, если прилипание между двумя жидкостями больше, чем сцепление молекул растекающейся жидкости (WA> WK). Коэффициент растекания φ = WА – WК, φ >0растекание, φ

• 
  Слайд 10
  

  10 Смачивание Смачивание (адгезия жидкости) – взаимодействие жидкости с твердым или другим жидким телом при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом (воздух). σТГ = σТЖ + σЖГ ·cos θ Закон Юнга

• 
  Слайд 11
  

  11 Анализ уравнения Юнга 1. Если σТГ> σТЖ, то cos θ > 0, θ 90° - несмачивание. Вода на парафине или тефлоне.

• 
  Слайд 12
  

  12 4. Если σТГ – σТЖ = σЖГ, то cos θ = 1, θ = 0° - полное смачивание (растекание). Ртуть на поверхности свинца, очищенного от оксидной пленки, вода на кварце. Анализ уравнения Юнга 3. Если σТГ = σТЖ, то cos θ = 0, θ = 90° - граница между смачиваемостью и несмачиваемостью.

• 
  Слайд 13
  

  13 Правило: лучше смачивает поверхность та жидкость, которая ближе по полярности к смачиваемому материалу. Группы твердых тел по виду избирательного смачивания Гидрофильные (олеофобные) материалы – лучше смачиваются водой, чем неполярными углеводородами: кварц (θ = 0°), малахит (θ = 17°), силикаты, карбонаты, оксиды металлов. Гидрофобные (олеофильные) материалы - лучше смачиваются неполярными жидкостями, чем водой: парафин (θ= 106°), тефлон (θ = 120°), графит, уголь.

• 
  Слайд 14
  

  14 Флотация - метод обогащения полезных ископаемых, основанное на их различной смачиваемости (обогащается около 90% руд цветных металлов). Пенная флотация: через водную суспензию измельченной руды (пульпы) барботируют воздух, к пузырькам которого прилипают гидрофобные частицы ценного минерала (чистые металлы или их сульфиды), всплывающие затем на поверхность воды, и с образовавшейся пеной снимаются механически для дальнейшей переработки. Пустая порода (кварц, алюмосиликаты) хорошо смачивается водой и оседает во флотационных машинах. Флотация

• 
  Слайд 15
  

  15 Решение: Для кварца θ = 0° - полное смачивание, кварц будет полностью смачиваться водой и будет оседать на дно емкости. Для серы θ

• 
  Слайд 16
  

  16 Капиллярные явления капиллярное поднятие (опускание) жидкости; капиллярная конденсация; изотермическая перегонка.

• 
  Слайд 17
  

  17 Капиллярное поднятие (опускание) жидкости При погружении капилляра в какую-либо жидкость, ее уровень в капилляре меняется. Смачивание (θ h1), чем меньше радиус капилляра (R2

• 
  Слайд 18
  

  18 Несмачивание (θ > 90°), образуется выпуклый мениск, уровень жидкости в капилляре опускается. Жидкость опускается тем ниже (R2 h1). Капиллярная депрессия жидкости

• 
  Слайд 19
  

  19 Высоту капиллярного поднятия жидкости можно вычислить уравнение Жюрена Анализ уравнения Жюрена 1. Смачивание: cos θ > 0, h> 0, жидкость в капилляре поднимается. Чем меньше R, тем больше h – высота поднятия. 2. Несмачивание: cos θ

• 
  Слайд 20
  

  20 Капиллярным поднятием жидкостей объясняется ряд известных процессов и явлений: поднятие грунтовых вод в почвах обеспечивает существование растительного покрова Земли; пропитка бумаги и тканей – поднятие жидкости в порах; водонепроницаемость тканей – ткани пропитывают веществами, которые вода не смачивает – капиллярная депрессия; питание растений (деревьев) – подъем воды из почвы по волокнам древесины; процессы кровообращения в кровеносных сосудах.

• 
  Слайд 21
  

  21 Влияние кривизны поверхности на давление насыщенного пара

• 
  Слайд 22
  

  22 Капиллярная конденсация Капиллярная конденсация - конденсация пара в микротрещинах пористых тел. Обусловлена наличием у тела микропор. Условие: жидкость смачивает стенки капилляра, образуется вогнутый мениск. уравнение Томсона (Кельвина) В микропорах пар конденсируется при меньшем давлении, чем над плоской поверхностью . Давление пара тем меньше, чем уже капилляр. ¯ ¯ È p , r

• 
  Слайд 23
  

  23 Изотермическая перегонка уравнение Томсона (Кельвина) Изотермическая перегонка – самопроизвольный перенос молекул пара от мелких капель к более крупным с последующей конденсацией. Давление пара над мелкими каплями (частицами) будет всегда выше, чем над крупными. Изотермическая перегонка - причина выпадения атмосферных осадков (дождя); образования сталактитов и сталагмитов; образование вторичных рудных месторождений.

• 
  Слайд 24
  

  24 Изотермы поверхностного натяжения 1 и 2 – поверхностно – инактивные вещества (ПИВ) 3 – поверхностно – активные вещества (ПАВ) 4 – мицеллообразующие (коллоидные) ПАВ Влияние природы и концентрации растворенного вещества на поверхностное натяжение

• 
  Слайд 25
  

  25 Свойства ПАВ и ПИВ Поверхностно-инактивные вещества а) σПИВ> σ0; б) ПИВ хорошо растворимы в растворителе и более полярны, чем чистый растворитель; в) ПИВ – электролиты, ионы которых окружены сольватной оболочкой, препятствующей выходу иона в поверхностный слой. Поверхностно-активные вещества а) σПАВ

• 
  Слайд 26
  

  26 Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое СПАВ средняя - псевдожидкие пленки СПАВ велика - молекулярный частокол из вертикально расположенных молекул СПАВ мала - псевдогазовые пленки

• 
  Слайд 27
  

  27 Мицеллообразующие ПАВ Молекулы коллоидных ПАВ состоят из большого гидрофобного углеводород-ного радикала и сильно гидратиру-ющейся полярной группы (кривая 4). Например: стеариновая кислота С17Н35СООН, пальмитиновая кислота С15Н31СООН, олеиновая кислота С17Н33СООН. В растворах коллоидных ПАВ самопроизвольно образуются агрегаты из ориентированных молекул – мицеллы. Мицелла- ассоциат дифильных молекул, лиофильные группы которых обращены к растворителю, а лиофобные группы собираются вместе, образуя ядро мицеллы.

• 
  Слайд 28
  

  28 Прямые мицеллы - мицеллы ПАВ, образуются в водной среде (гидрофильные полярные группы снаружи, гидрофобные углеводородные радикалы – внутри). Концентрация, при которой происходит образование мицелл - критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) Обратные мицеллы-мицеллы ПАВ образуются в неполярной среде (гидрофильные полярные группы внутри, гидрофобные углеводородные радикалы – снаружи).

• 
  Слайд 29
  

  29 Мицеллы коллоидных ПАВ: а – сферические; б – дискообразные; в – цилиндрические.

• 
  Слайд 30
  

  30 Применение солюбилизации моющее действие ПАВ; изготовление эмульсионно-смазочных жидкостей; получение фармпрепаратов; получение пищевых продуктов. Солюбилизация Солюбилизация- явление растворения веществ в мицеллах ПАВ. В водных мицеллярных системах солюбилизируются вещества, нерастворимые в воде (органические растворители, жиры), так как ядро мицеллы проявляет свойства неполярной жидкости. Например, растворимость октана в воде – 0,0015%, а в 10%-ом растворе олеата натрия – 2%.

• 
  Слайд 31
  

  31 Благодарю за внимание