97. Метод избыточных величин Гиббса.

∆U=σ∆x+μ∆x/Na+T∆S Отнесем эти изменения к единице площади образованной поверхности. Ε=∆U/∆x; - [Дж/м2] – полная поверхностная энергия, η=∆S/∆x; [Дж/(м2К)] – поверхностная энтропия (изменение степени порядка при образовании слоя) Га=∆n/(∆xNa) [моль/м2] – автоадсорбция (изменение плотности вещества в поверхностном слое) ε=σ+μГа+Тη – фундаментальное термодинамическое уравнение Гиббса для равновесного состояния плоской поверхности раздела фаз в однокомпонентной системе. Свободная энергия объемных фаз (энергия Гельмгольца) F=U-TS. Из уравнения следует Fs=σ+Гаμ, то есть свободная энергия складывается из механической работы образования самой поверхности и химической работы по изменению вещества в поверхностном слое. Образования поверхности раздела фаз – механический процесс. Если Г=0, то ε=σ+Тη. для неасоцилированных жидкостей σ=σ0-α(Т-Т0), где σ0 – поверхностное натяжение при Т0, α-эмпирическая постоянная. Отсюда следует: ε=σ=αТ, то есть α=η. Учитывая, то dσ/dT=-η, получаем ε=σ-Т(dσ/dT) – аналог термодинамического уравнения Гиббса – Гельмгольца для объемных фаз.

98. Капиллярное давление (определение , физический смысл, от чего зависит). Смачивание (избирательное смачивание, краевой угол, линия смачивания и линия трехфазного контакта).

Примеры капиллярных явлений - смачивание твердых тел, слияние капель в аэрозолях и эмульсиях, газовых пузырьков в пенах, подъем смачивающей жидкости в капиллярах выше уровня в широком сосуде, противоположный эффект – опускание несмачивающей жидкости в капилляре ниже уровня в широком сосудеЮ ртуть в стеклянной трубке. Капиллярным давление (рс, Па) называют разность давлений, возникающую вследствие искривления поверхности жидкости. Оно зависит от σ и кривизны поверхности. p_с=+-р_r-p₀, p₀ – давление под плоской поверхностью, pr – под искривленной. Если горбик, то р_с>0, если впадинка, то p_c<0. Т. к. силы поверхностного (межфазного) натяжения направлены по касательной к пов-сти жидкости, искривление последней ведет к появлению составляющей, направленной внутрь объема жидкости. В результате возникает капиллярное давление

Смачивание - физико-химическое явление, происходящее при контакте жидкости с поверхностью твердых тел. При избирательном смачивании cosθ=(σтж1-σтж2)/σж1ж2. В случае смачивания минимальное значение должна иметь свободная поверхностная энергия, которая определяется вкладами трех поверхностей раздела контактных фаз. Краевой угол – количественная характеристика смачивания. Угол смачивания (или краевой угол смачивания) это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз. Общая граница – линия смачивания (трехфазного контакта)

.

Избирательное смачиваиние лежит в основе процесса флотации, имеющего большое значение при обогащении руд. Флотация заключается в разделении смеси гидрофильного и гидрофобного порошков на основании их избирательного смачивания различными жидкостями.

Избирательное смачивание чувствительно изменяется при адсорбции поверхностно-активных веществ на смачиваемой твердой поверхности. При избирательном смачивании гидрофобной поверхности маслорастворимые ПАВ способны к адсорбции только на поверхности вода - масло; в этом случае они увеличивают краевой угол.

Избирательное смачивание резко изменяется при введении в неполярный компонент (например? керосин) полярной добавки.

Избирательное смачивание минерализованной воды, как правило, значительно выше, чем пресной. Однако в динамических условиях даже в минерализованных средах отрыв капли нефти от металлической поверхности происходит с образованием неудаляемого остатка, приводящего к возникновению гидрофильных участков. В этих условиях устойчивая гидрофилизация стенок трубопровода при совместной перекачке нефти с водой без ПАВ является трудновыполнимой