WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

«ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Методические указания к самостоятельной работе студентов по коллоидной химии Ухта 2007 2 УДК 546(075) Ц 57 Цивилев, Р.П. Поверхностные явления ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Методические указания

к самостоятельной работе студентов по коллоидной химии

Ухта 2007 2 УДК 546(075) Ц 57 Цивилев, Р.П. Поверхностные явления [Текст]: метод. указания к самостоятельной работе студентов по коллоидной химии /Р.П. Цивилев.– Ухта: УГТУ, 2007. – 29 с.

Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Коллоидная химия».

Методические указания содержат теоретическую часть, решение типовых задач, многовариантные контрольные задачи. В теоретической части изложена краткая теория изучаемой темы.

Содержание указаний соответствует рабочей учебной программе.

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой химии от сентября пр. № 1 и предложены для издания Советом специальности МиГ от сентября пр. № 1..

Рецензент Крупенский В.И., д.х.н., профессор.

Редактор Рудиченко Н.В.

В методических указаниях учтены предложения рецензента и редактора.

План 2007г., позиция 74.

Подписано в печать 25 ноября 2007 г. Компьютерный набор.

Объем 29 с. Тираж 100 экз. Заказ № 216.

@ Ухтинский государственный технический университет, 2007.

169300, г. Ухта, ул. Первомайская,13.

Отдел оперативной полиграфии УГТУ.

169300, г. Ухта, ул. Октябрьская 13.

1. Явление смачивания Смачивание это поверхностное явление, происходящее при взаимодействии жидкости с поверхностью твердого тела или с поверхностью второй жидкости, не смешивающейся с первой.

Явление смачивания всегда связано с тремя граничащими фазами: твердым телом, жидкостью и газом или второй жидкостью.

Если каплю жидкости нанести на поверхность твердого тела или на поверхность другой жидкости, имеющей большую плотность, то можно наблюдать три случая.

В первом случае капля растекается по поверхности неограниченно.

Во втором случае жидкость растекается по поверхности ограниченно, и после наступления равновесия принимает форму капли, показанную на рисунке 1а.

В третьем случае жидкость не растекается, а собирается в каплю, которая, если бы не действовала сила тяжести, имела бы почти сферическую форму (см. рис. 1б).

В первом и во втором случаях принято говорить, что жидкость смачивает поверхность; в третьем случае – не смачивает.

Положение капли зависит от соотношения интенсивности межмолекулярных сил, действующих на поверхности раздела трех контактирующих фаз:

твердой (Т), жидкой (Ж) и газообразной (Г). В качестве примера рассмотрим второй и третий случаи для системы «твердое тело жидкость газ» (см. рис.

1).

Рис.1. Растекание капли жидкости по поверхности твердого тела а жидкость смачивает твердое тело (тгтж); б жидкость не смачивает твердое тело (тгтж) Силы поверхностного натяжения на границе «твердое газ» тг стремятся растянуть каплю по поверхности твердого тела. Силы поверхностных натяжений на границах «твердое жидкость» тж и «жидкость газ» жг (см. рис.

1а) препятствуют растеканию.

Когда сумма векторов этих сил будет равна нулю, растекание прекращается, наступает равновесие, и капля жидкости принимает одну из форм, показанных на рисунке 1.

Условие равновесия сил может быть записано следующим образом:

тг = тж + жг соs (1) соs = (тг - тж ) / жг Откуда (2) Соотношение (2) называется уравнением Юнга. Угол (тэта) между твердой поверхностью и касательной в точке соприкосновения трех фаз называется краевым углом или углом смачивания. Поскольку этому определению удовлетворяют два угла, условились отсчитывать угол в строну фазы, имеющей большую полярность. Например, в системе «твердое тело жидкость газ» краевой угол отсчитывают в сторону жидкости, которая полярнее газа (см. рис. 1), а в системе «твердое тело вода нефть» в сторону воды, которая полярнее нефти. (см. рис. 2).

Равновесный краевой угол является абсолютной мерой смачивания: чем меньше, тем лучше смачивание. Косинус краевого угла (соs ) показывает степень смачивания: чем больше соs, тем больше степень смачивания.

При 90°, то есть 0 соs 1, поверхность смачивается данной жидкостью. Если = 0°, то соs = 1 наступает полное смачивание (степень смачивания 100%). При 90°, то есть соs 0, поверхность не смачивается жидкостью.

Границей между смачиванием и не смачиванием является краевой угол = 90° или соs = 0 (степень смачивания 0 %). Случай полного не смачивания = 180° никогда не наблюдается, так как невозможно такое состояние, когда между двумя соприкасающимися фазами отсутствует взаимодействие.

К случаю неограниченного растекания уравнение (2) неприменимо, так как полное растекание не является равновесным состоянием, краевой угол не существует.

2. Влияние на смачивание природы жидкости и Разные жидкости неодинаково смачивают одну и туже поверхность. Из уравнения (2) следуют два основных вывода.

Во-первых, соs тем больше (а угол меньше), чем меньше поверхностное натяжение на границе «жидкость газ» жг. Поэтому жидкости с небольшим поверхностным натяжением жг = 20-30 мДж/м2 (большинство жидких органических соединений: углеводороды, органические кислоты, спирты, эфиры) смачивают практически любую поверхность.



Во-вторых, соs тем больше ( - меньше), чем меньше поверхностное натяжение на границе «твердое жидкость» тж. Иначе говоря, лучше смачивает поверхность та жидкость, которая ближе по полярности к твердому телу.

Например, ртуть, имеющая очень большое поверхностное натяжение (жг = 470 мДж/м2), как правило, не смачивает твердые поверхности, за исключением некоторых металлов.

Вода в атмосфере воздуха (жг = 73 мДж/м2) смачивает многие твердые поверхности. В то же время степень смачивания зависит от природы поверхности. Вода хорошо смачивает твердые вещества с ионной или сильно полярной структурой. К ним относятся ионные кристаллы: оксиды и гидроксиды металлов, кварц (песок), силикаты (стекло), алюмосиликаты (глина), сульфаты, карбонаты (малахит, кальцит, мел, мрамор, известняк), слюда. Краевой угол в таких случаях обычно не превышает 45°, а степень смачивания поверхности более 70 % (соs 0,7). Например, смачиваемость водой кварца характеризуется краевым углом = 0°, малахита – ° = 17° [3].

Из органических веществ гидрофильную поверхность имеет целлюлоза (клетчатка), что объясняется присутствием в её молекуле достаточного числа полярных групп [С6Н7О2(ОН)3]n.

Между веществом с ионной структурой и водой возникает ион дипольное взаимодействие, которое сильнее диполь дипольного взаимодействия между молекулами воды. Поверхности таких твердых веществ называют гидрофильными.

Вещества с молекулярной (атомной) структурой плохо смачиваются водой. К таким веществам относятся твёрдые углеводороды, парафин, сера, сульфиды металлов (пирит, галенит), сажа, графит, органические полимеры (полиэтилен, тефлон и т.д.). В этих случаях молекулярнодипольное взаимодействие между молекулами поверхности и молекулами воды слабее дипольдипольного взаимодействия между молекулами воды. Такие поверхности называют гидрофобными. Краевой угол в этих случаях больше 45°, степень смачивания меньше 70%. Например, краевые углы воды на твёрдой поверхности равны: графит = 60°, тальк = 69°, сера = 78° [3].

При очень слабом взаимодействии воды с молекулами твердого тела краевой угол становится больше 90°. Например, для парафина = 106°, тефлона = 108°. Вода не смачивает гидрофобные поверхности этих веществ.

Более строгое определение гидрофильной и гидрофобной поверхностей связано с явлением смачивания, когда вместо воздуха взята другая жидкость, не смешивающаяся с первой. Из двух жидкостей смачивать поверхность будет та, значение полярности которой будет ближе к полярности твердого тела. В этом случае говорят, что она обладает большим избирательным смачиванием по отношению к данной поверхности.

Для сравнительной оценки смачиваемости обычно сопоставление проводят по сравнению с водой. Если между водой и неполярной жидкостью, нанесенными на поверхность твердого тела, краевой угол меньше 90° со стороны воды, то поверхность называют гидрофильной или олеофобной. Если же краевой угол больше 90°, то поверхность будет гидрофобной или олеофильной (см.

рис. 2).

Рис.2. Угол смачивания в системе «нефть – вода – горная порода»

а)-вода смачивает породу 90°, тн тв; твердая поверхность гидрофильна (олеофобна); б) – вода не смачивает породу 90°, тн тв; твердая Таким образом, величина краевого угла зависит от природы среды, в которой происходит смачивание. Например, в атмосфере воздуха вода образует на поверхности графита острый угол ( = 60°), а при избирательном смачивании графита в присутствии неполярной жидкости краевой угол будет больше 90°. Поэтому определять гидрофильность или гидрофобность поверхности только в зависимости от того, какой краевой угол образует с поверхностью вода, соответственно острый или тупой, неправильно. Необходимо всегда учитывать природу твёрдой поверхности и среды, в которой происходит смачивание.

Следует также иметь в виду, что рассмотренные закономерности смачивания выполняются только на идеально гладких и однородных поверхностях.

На поверхности реальных твёрдых тел обязательно имеются шероховатости, неоднородности, поры, трещины, загрязнения, от которых зависит краевой угол.

Силы притяжения, действующие между молекулами внутри одной фазы, называются силами когезии. Эти силы определяют существование веществ в конденсированном состоянии, поэтому их называют еще силами слияния.

Силы, действующие между молекулами, находящимися в разных фазах, называются силами адгезии (прилипания).

Работа, необходимая для разрыва однородной объемной фазы, называется работой когезии (Wk). Ее относят к единице площади разрыва, поэтому размерность работы когезии совпадает с размерностью поверхностного натяжения (Дж/м2).

При разрыве объемной фазы образуется поверхность в две единицы площади, поэтому работа когезии равна:

где поверхностное натяжение на границе образовавшейся поверхности с воздухом или жидкостью (если разрыв происходит в жидкой среде).

Полная работа против сил когезии (Аk), приходящаяся на всю площадь разрыва (S), равна:

Работа разрыва сил адгезии, то есть двух контактирующих фаз, называется работой адгезии (Wa). Она тоже относится к единице площади поверхности разрыва.

При разрыве двух контактирующих фаз общая поверхностная энергия увеличивается в результате образования двух новых поверхностей и уменьшается за счет исчезновения исходной межфазной поверхности. Например, при отделении в воздухе капли жидкости от поверхности твердого тела образуются две новых поверхности: «жидкость – газ» и «твердое – газ». При этом исчезает поверхность раздела «твердое – жидкость». По закону сохранения энергии работа адгезии равна (уравнение Дюпре):

При отделении капли нефти от поверхности твердого тела в водной среде (см. рис. 5) образуются новые поверхности «нефть – вода» и «вода – твердое», и исчезает поверхность «нефть – твердое». Поэтому работа адгезии будет равна 4. Связь смачивания и растекания с когезией и адгезией В связи с отсутствием точных значений поверхностного натяжения на границах «твердое – газ» и «твердое – жидкость» (тг и тж) вычислить работу адгезии по уравнению (5) обычно нельзя. Задача упрощается после подстановки уравнения (1) в уравнение (5).

При этом получается уравнение Дюпре – Юнга используя которое, можно вычислить работу адгезии по экспериментально измеренным значениям поверхностного натяжения жг и краевого угла.

Преобразуем уравнение (7) следующим образом:



Pages:     || 2 | 3 | 4 |
 



Похожие работы:

«СТЕПАНОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ФАРМАКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ И ТЕРАПЕВТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ ФЕНИЛПИРАЗОЛА, БЕНЗИЛБЕНЗОАТА И ПЕРИПРОКСИФЕНА ПРИ АРАХНОЭНТОМОЗАХ ПЛОТОЯДНЫХ ЖИВОТНЫХ Специальность: 03.02.11. – Паразитология Диссертация на соискание ученой степени кандидата ветеринарных наук Научный руководитель: доктор ветеринарных наук Арисов Михаил Владимирович Москва 2014 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. 4 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.. 1. 10 1.1. Арахноэнтомозы плотоядных животных как сформировавшиеся...»

«Е.Г. ВЛАДИМИРОВА, Г.И. УШАКОВА, О.П. КУШНАРЁВА БИОХИМИЯ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет Оренбург 2004 ББК 28.072 В57 УДК 663 + 664.6/.7]: 577.112 Рецензент канд.техн.наук, доцент кафедры ТПП ОГУ Никифорова Т.А. Владимирова Е.Г., Ушакова Г.И., Кушнарева О.П. В57 Биохимия зерна, биохимия хлебопечения;...»

«Президент университета А.И.Владимиров В 1920 году по инициативе профессора Губкина Ивана Михайловича в Московской горной академии (МГА) была открыта кафедра нефтяного дела и начата подготовка инженеров-нефтяников. В 1924 г. в МГА состоялся первый выпуск четырех геологовнефтяников. В последующем в академии были созданы кафедры разведки, бурения и эксплуатации, химии и технологии нефти, а в 1929 г. нефтяной факультет с отделениями: геология и разведка; промысловое дело; переработка нефти. В 1930...»

«ТИМО Советского района Выпуск 3(11) ~2~ Содержание Вечер занимательной химии Чудеса без чудес Потапенкова Наталья Владимировна, учитель химии МБОУ СОШ №166стр4 Использование ИКТ на уроках русского языка и литературы Сухова Ольга Викторовна, учитель русского языка и литературы МБОУ лицей Созвездие №131 г.о. Самара_стр12 Личностно-ориентированное обучение на уроках русского языка и литературы Шишкина Елена Юрьевна, учитель русского языка и литературы школы №166 г.о. Самара _стр15 Изучение...»

«ЧУКИЧЕВА ИРИНА ЮРЬЕВНА ЗАКОНОМЕРНОСТИ АЛКИЛИРОВАНИЯ ФЕНОЛОВ МОНОТЕРПЕНОИДАМИ И НАПРАВЛЕННЫЙ СИНТЕЗ ТЕРПЕНОФЕНОЛОВ 02.00.03 – Органическая химия Д И С СЕ РТ АЦ И Я на соискание ученой степени доктора химических наук Сыктывкар 2013 2 СОДЕРЖАНИЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ 5 ВВЕДЕНИЕ 6 КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АЛКИЛИРОВАНИЯ 1 14 ФЕНОЛОВ (краткий литературный обзор) Алкилирование как метод синтеза аналогов природных 1.1 14 терпенофенолов Катализаторы алкилирования – кислоты...»

«УДК 619:616-002.159 ГНИЕНИЕ ЖИВОГО ТЕЛА П.А. Кулясов, докторант кафедры ветеринарной патологии. Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева (Саранск), Россия Аннотация. Рак является смертельным заболеванием на поверхности Земли и способен образовываться и уничтожать живое существо. Весь растительный и животный мир в процессе своего исторического развития не только эволюционировал, но и боролся всю свою жизнь. На протяжении всего времени, отведенного природой на его развитие, он...»

«Вторая индустриализация России Настольная книга руководителя государства (основы теории и практики осуществления) под редакцией д.э.н., профессора Н.А. Потехина Уральский рабочий Екатеринбург 2011 2 УДК 008.2 : 007.338.984 ББК 65.9(2Рос) В87 Коллектив авторов: Н.А. Потехин, доктор экономических наук, профессор, В.М. Капустян, кандидат технических наук, профессор, В.Н. Потехин, кандидат экономических наук, М.Ю. Русаков, кандидат экономических наук. Вторая индустриализация России. Настольная...»

«ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ТАКТИКА ОЗОНОТЕРАПИИ Пособие для врачей Москва – 2001 2 МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ И КУРОРТОЛОГИИ УТВЕРЖДАЮ Председатель Секции Ученого совета Минздрава РФ по восстановительной медицине, курортологии и физиотерапии, член-корр. РАМН, профессор А.Н.Разумов 16 апреля 2001 года, № 82\01 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ТАКТИКА ОЗОНОТЕРАПИИ Пособие для врачей Москва - 2001 3 Пособие для врачей подготовлено: Российским...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.