Поверхностные явления

На границе раздела фаз в поверхностном слое существует избыток свободной энергии. Это связано с тем, что на границе раздела с газом, силы межмолекулярного взаимодействия с жидкой фазой больше, чем с газообразной; поэтому равнодействующая сил направлена нормально к поверхности в сторону жидкой фазы. В процессе увеличения площади поверхности (при постоянном объеме) молекулы выводятся из объемной фазы в поверхностный слой, совершая при этом работу против межмолекулярных сил. Эта работа в изотермических условиях равна увеличению свободной поверхностной энергии. Точно так же к увеличению свободной энергии приводит работа разрыва связей при дроблении твердых тел, сопровождающаяся увеличением поверхности раздела. Подобные выводы об увеличении свободной энергии с ростом площади поверхности могут быть обобщены для любой границы раздела фаз.

Количественно величина избыточной энергии на границе разделы фаз характеризуется величиной, которая называется поверхностное натяжение (σ).

Поверхностное натяжение — это удельная свободная поверхностная энергия, т. е. свободная поверхностная энергия, приходящаяся на единицу межфазной поверхности

.

В поверхностном слое самопроизвольно протекают процессы, которые приводят к уменьшению поверхностной энергии. Их можно разделить на два типа.

1. Процессы, протекающие с уменьшением межфазной поверхности (dS1, 2< 0) при неизменной величине поверхностного натяжения (σ = const, dσ = 0):

Стремление капель жидкости или пузырьков газа принять сферическую форму;

Слипание твердых частиц дисперсной фазы (коагуляция);

Слипание капель в эмульсиях или пузырьков газа в пенах (коалесценция);

Рост кристаллов.

2. Процессы, протекающие с уменьшением поверхностного натяжения (dσ < 0) при неизменной величине межфазной поверхности (S1, 2= const, dS1, 2= 0):

Адсорбция — изменение концентрации растворенного вещества в поверхностном слое;

Адгезия — это слипание двух разнородных твердых тел или жидких поверхностей за счет межмолекулярных сил;

Смачивание — это разновидность адгезии, относящаяся к взаимодействию типа жидкость – твёрдая поверхность.

СТРОЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ|

По современной теории всякий золь состоит из двух частей: мицелл и интермицеллярной жидкости. Под интермицеллярной жидкостью понимают дисперсионную среду, содержащую растворенные электролиты и не электролиты.

Мицеллы - электрически нейтральные структурные единицы, находящиеся в растворе и участвующие в броуновском движении. В центре мицеллы находится основа. Она представляет собой скопление большого количества молекул или атомов вещества дисперсной фазы.

На поверхности основы из дисперсионной среды необменно адсорбируются ионы того или иного знака. Совокупность основы с адсорбированными на поверхности ионами называется ядром. Обычно адсорбируются ионы, в составе которых находятся элементы или атомные группировки, имеющиеся в веществе ядра частицы (правило Пескова-Фаянса). Например, при образовании золя бромистого серебра из раствора, содержащего небольшой избыток КВг частицы AgBr, адсорбируя преимущественно ионы Вг^-, заряжаются отрицательно. При получении того же золя AgBr, но при условии избытка AgN0₃ в растворе, частицы AgBr заряжаются положительно вследствие адсорбции ионов Ag⁺ Ионы, адсорбирующиеся на поверхности основы и обусловливающие величину и знак электрического заряда частицы, называются потенциалопределяющими ионами.

Ионы противоположного знака (противоионы) частично адсорбируются на поверхности ядра, образуя неподвижный (адсорбционный) слой ионов, а частично располагаются в жидкости вблизи гранулы, создавая так называемый диффузный или подвижный слой ионов.

Совокупность ядра с неподвижным (адсорбционным) слоем противоионов называется коллоидной частицей, или гранулой

Совокупность частицы с диффузным облаком противоионов называется мицеллой

Формулы мицелл золя AgBr можно записать так:

а) при избытке в растворе КВг

б) при избытке в растворе AgNO₃

По современным представлениям основная причина устойчивости золей обусловлена наличием сольватных (гидратных) оболочек у ионов диффузного слоя. Обладая упругими свойствами, эти оболочки препятствуют слипанию частиц. Чем толще диффузный слой, тем плотнее сольватная (гидратная) оболочка вокруг одноименно заряженных частиц; тем выше ζ -потенциал частиц и стабильнее данный золь. В настоящее время для получения коллоидных растворов используют два принципиально различных метода - дисперсионный, основанный на раздроблении грубодисперсного вещества до размеров.коллоидных частиц, и конденсационный, в основе которого лежит конденсация (укрупнение) частиц за счет слипания атомов или молекул вещества. При получении золей как первым, так и вторым способами вещество дисперсной фазы должно быть практически не растворимым в дисперсионной среде.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА