ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхностные явления и адсорбция Поверхностное натяжение из "Коллоидная химия Издание 3" Для всех коллоидных систем, частицы которых суспендированы в инертной среде и образуют в ней физическую поверхность раздела, процесс диспергирования означает значительное увеличение поверхностной энергии системы. Например, если некоторое количество вещества в виде кубика объемом 1 см имеет общую поверхность 6 см , то это же количество вещества в виде кубиков в 1 лг/с будет иметь общую поверхность 60 ООО см . Таким образом, удельная поверхность вещества в диспергированном состоянии (суммарная поверхность 1 см вещества) резко возрастает приблизительно пропорционально уменьшению линейных размеров частиц. Значение этого фактора особенно велико для лиофобных коллоидов, частицы которых инертны по отношению к среде в этом случае увеличение удельной поверхности непосредственно связано с увеличением свободной поверхностной энергии, что лежит в основе наиболее характерных свойств лиофобных коллоидов. [c.67] Благодаря большому значению поверхностных явлений для проблем коллоидной химии необходимо вначале рассмотреть на простых примерах некоторые общие физико-химические свойства поверхностей раздела. [c.67] Дисперсные частицы и дисперсионная среда в лиофобных коллоидах всегда относятся к различным фазам. В первой главе уже указывалось, что для существования фазы в ней должно содержаться достаточно большое количество атомов или молекул для того, чтобы имелась возможность применения законов термодинамического равновесия и образования физической поверхности раздела. Молекула А внутри жидкости окружена со всех сторон другими молекулами (рис. 28). Силы молекулярного взаимодействия при этом взаимно уравновешиваются. На молекулу В, находящуюся на границе с газом, молекулы жидкости воздействуют только с одной стороны, со стороны газа силы взаимодействия малы, в результате возникает равнодействующая, направленная внутрь жидкости. Поэтому молекулы В стремятся втянуться внутрь жидкости, вследствие чего поверхность раздела жидкости стремится к уменьшению. В свободной капле жидкости стремление к уменьшению поверхности, как известно, приводит к ее шарообразной форме. Это изменение является частным проявлением известного из термодинамики общего стремления свободной энергии системы к уменьшению. В различных системах эта общая закономерность проявляется по-разному. [c.67] Среди многочисленных методов измерения поверхностного натяжения а известны методы, непосредственно основанные на схеме, приведенной на рис. 29, другие методы связаны с определением среднего размера или веса падающей капли жидкости или с измерением давления р, под которым выдавливается из стеклянного капилляра пузырек газа в жидкость, или капли одной жидкости в другую жидкость (если нужно измерить на границе двух жидкостей). В растворах для изучения кинетики изменения поверхностного натяжения иногда измеряется давление, под которым размеры пузырька газа остаются постоянными. [c.68] Правило Антонова справедливо при условиях, близких к полному смешению жидкостей. [c.69] Из рис. 31 видно, что если равновесный угол 0 меньше 90°, то капля имеет сравнительно плоскую форму и как бы растекается по твердой поверхности капля воды смачивает поверхность — поверхность является гидрофильной. В предельном случае при 0 = 0 смачивание полное и капля полностью растекается по поверхности. Напротив, если угол 0 больше 90°, то капля воды приближается по форме к сферической (например, капля воды на парафине) поверхность в этом случае гидрофобная,с плохим смачиванием водой. [c.70] Если средой 2 оказывается не газ, а углеводородная неполярная жидкость, то из рис. 31 видно, что при 0 90° поверхность 3 лучше смачивается водой (избирательное смачивание), а при 0 90° — лучше смачивается углеводородной жидкостью. Таким образом, гидрофобная поверхность является одновременно олеофильной, а гидрофильная поверхность — олеофобной. [c.70] По данным Ребиндера, полученным по методу избирательного смачивания, гидрофильными поверхностями обладают гипс (0 = 0°), слюда (12°), кальцит (20°), малахит (30°) гидрофобные поверхности имеют пирит (135°), графит (127°), тальк (139°), сера (146°) и др. Лейкоциты обнаруживают значительную гидрофильность и иногда остаются окруженными тонкой пленкой воды в масляной фазе (например, моноциты кролика). Напротив, эритроциты млекопитающих и птиц сравнительно гидрофобны и вода с их поверхности легко вытесняется маслом. ПоМодду, смачивание поверхности бактериальной клетки определяют под микроскопом по той фазе, в которую втягивается клетка на границе раздела вода — масло. [c.70] При опускании тонкого стеклянного капилляра в воду (рис. 33,а), краевой угол смачивания близок к нулю, вследствие чего мениск вогнутый, давление Р, определяемое по формуле (IV.4), более низкое, чем при плоской поверхности в результате мениск поднимается на высоту к, при которой вес поднятого столба жидкости уравновешивает разность давлений между обеими поверхностями. При погружении капилляра в несмачивающую жидкость (рис. 33,6) происходит, напротив, опускание уровня жидкости в капилляре. Измерение высоты капиллярного поднятия также используется для измерения величины поверхностного натяжения жидкости. [c.71] Из уравнения (1У.5) следует, например, что для капель воды с г = 10 см упругость пара на 10 % выше, чем для воды с плоской поверхностью поэтому, если в замкнутой системе содержатся одновременно крупные и мелкие капли, последние перегоняются к крупным каплям слияние капель при прямом их контакте (коалесцен-ция капель) объясняется, разумеется, иначе — непосредственно стремлением к уменьшению величины свободной поверхности. Формула (IV.5) объясняет также более высокую растворимость мелких твердых частиц по сравнению с крупными и ряд других явлений. [c.72] В узких капиллярах и порах, смачиваемых жидкостью, образуется вогнутый мениск (рис. 33,/) с пониженной упругостью насыщенного пара поэтому конденсация пара в узких капиллярах происходит раньше, чем в более широких капиллярах, а в последних раньше, чем на плоской поверхности. Это явление капиллярной конденсации имеет большое значение при адсорбции паров на твердых пористых адсорбентах (стр. 86). [c.72] Вернуться к основной статье