Класифікація поверхневих явищ

Дата добавления: 2014-10-03 | Просмотров: 1714

Для класифікації поверхневих явищ використаємо об’єднане рівняння І і ІІ законів термодинаміки для рівноважних систем з врахуванням поверхневої енергії:

dG = -SdT + Vdр + Sm_idn_i + jdq + sdS ( 2.1)

n_i - кількість молів і-го компоненту;

q - кількість електрики;

s - поверхневий натяг;

S – площа поверхні.

Поверхнева енергія (sdS) може змінюватися за рахунок зміни:

1) енергії Гіббса (dG);

2)теплоти (SdT);

3)виконання роботи (Vdp);

4)хімічної енергії (Sm_idn_i);

5)електричної енергії (jdq).

Згідно другого закону термодинаміки в ізобарно-ізотермічних умовах самочинно відбуваються процеси, які йдуть зі зменшенням енергії Гіббса dG<0. Якщо вважати, що всі параметри рівняння (2.1) крім s і S не змінюються, або їх зміна в порівнянні зі зміною s і S незначна, тоді зміна енергії Гіббса дорівнює:

dG = d(s·S) ( 2.2)

dG = sdS + Sds ( 2.3)

а) якщо площа міжфазної поверхні залишається незмінною, то:

S=const, dS=0, dG = Sds

в цьому випадку будуть відбуватися процеси, в результаті яких зменшується поверхневий натяг (ds<0): адгезія, адсорбція, електричні та теплові явища на поверхні;

б) якщо поверхневий натяг залишається незмінним, то:

s=const, ds=0, dG = sdS

будуть відбуватися процеси, в результаті яких зменшується площа міжфазної поверхні (DS<0): утворення рівної або сферичної поверхні, укрупнення частинок, коагуляція, коалесценція, ізотермічна перегонка.

2.2. Поверхневий натяг

Поверхневий натяг – це термодинамічна характеристика поверхні розділу фаз. Поверхневий натяг дорівнює роботі W, яку необхідно виконати в ізотермічних умовах для утворення одиниці площі S поверхні. Поверхневий натяг, це відношення сили F, що діє по дотичній до поверхні, до довжини периметра l цієї поверхні.

s = W/S = F ⁄ l [Дж⁄м²], [H⁄м]

Поверхневий натяг може бути записаний, як часткова похідна від будь-якого термодинамічного потенціалу системи по площі міжфазної поверхні при відповідних постійних параметрах системи.

( 2.4)

питома енергія Гіббса поверхні - G_S, це енергія Гіббса одиниці поверхні. Енергія Гіббса поверхні з площею S дорівнює:

G = G_S ·S ( 2.5)

Після диференціювання виразу (2.5) одержуємо:

dG = dG_S ·S + G_S ·dS; ( 2.6)

( 2.7)

Для індивідуальних речовин питома енергія Гіббса поверхні не змінюється зі зміною площі поверхні (∂G_S/∂S)=0, тому поверхневий натяг дорівнює питомій енергії Гіббса поверхні.

s = G_S ( 2.8)

Для розчинів G_S = f(S) i G_S ≠ s

Поверхневий натяг рідин є однаковий у будь-якій точці , у той час , як поверхневий натяг твердих тіл залежить від кристалічної решітки, форми поверхні і є параметром усереднення.

Значення поверхневого натягу для різних речовин наведено в табл.2.

Таблиця 2