ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Роль поверхностных явлений в различных процессах из "Физическая химия" Поверхностные явления играют большую роль в самых разнообразных процессах. [c.293] Их значение для систем с высокоразвитой поверхностью очевидно. В этом случае существенная часть молекул (или атомов) тела находится в особом состоянии, присущем поверхностным слоям. Такие тела обладают большой удельной (приходящейся на единицу объема нли массы) поверхностью и в ряде случаев могут использоваться как адсорбенты. Так, например, современные активные угли обладают поверхностью, часто превышающей 1000 м /г. Такая высоко развитая поверхность получается в результате какой-либо химической реакции между углем и газом, приводящей к возникновению разветвленной системы пор и капилляров. Можно показать, что эта поверхность угля лишь в несколько раз меньше максимально возможной, которая может быть получена, если все атомы углерода расположить в виде одной графитной плоскости. [c.293] Высокодисперсные системы с большой удельной поверхностью представляют собой предмет рассмотрения коллоидной химии. Поэтому поверхностные явления играют большую роль во всех процессах, протекающих в коллоидных системах. Так, в частности, многие коллоиды термодинамически неустойчивы. Коагуляции их препятствуют находящиеся на коллоидных частицах слои (ионные или молекулярные в зависимости от природы коллоидов). Известно, например, что мыло стабилизует эмульсии жира в воде. Молекулы солей жирных кислот адсорбируются при этом на поверхности частиц жира и мешают им коагулировать. [c.294] Поверхностные явления играют большую роль не только в системах с особо высокой поверхностью. Так, характер смачивания жидкостью твердого тела (краевой угол смачивания) определяется состоянием поверхностных слоев. [c.294] Можно назвать большое число процессов, зависящих от смачиваемости. К ним, например, относится флотация — процесс, широко используемый в технике для обогащения руд. В этом процессе всплывают более тяжелые, но менее смачиваемые частицы. Смачиванием определяется моющее действие мыл. Мыло лучше смачивает кожу по сравнению с жиром, и поэтому оно вытесняет жир, что и является одной из основных причин его моющего действия. [c.294] Поверхностные явления играют большую роль в кинетике многих процессов. [c.294] Как указывалось в гл. Х1П, при образовании новой фазы сначала путем флуктуации должны образоваться термодинамически неустойчивые зародыши новой фазы. Вероятность флуктуаций определяется работой для ее осуществления. Эта работа связана с наличием у зародыша большой удельной поверхности и должна зависеть поэтому от поверхностного натяжения на границе зародыш — среда. Поэтому вероятность возникновения зародыша должна, с одной стороны, зависеть от величины поверхностного натяжения и от присутствия веществ, изменяющих это поверхностное натяжение. С другой стороны, вещества, адсорбируясь на растущей фазе, могут затормозить этот рост. Процессы рассматриваемого типа имеют значение при использовании так называемых модификаторов. Добавка некоторых веществ (например, бора) уменьшает величину зерна при кристаллизации чугуна (см. гл. XVII ). [c.294] Процесс перехода элементов из одной фазы в другую (например, из металла в шлак) имеет в качестве одной из последовательных стадий переход через поверхность раздела. Если этот процесс является самым медленным, то его скорость определит общую скорость процесса. Переход через границу раздела зависит от состояния поверхности и адсорбции на ней реагирующих и других компонентов. Отметим, однако, что в основном скорость перехода определяется диффузией. [c.294] Непосредственно с поверхностными явлениями связан гетерогенный ката ЛИЗ — увеличение скорости химической реакции в присутствии не реагирующей посторонней фазы. Особое значение поверхностные явления имеют для понимания свойств твердых тел и протекающих в них процессов. Как указывалось в в гл. XIV, в металлах наряду с внешней поверхностью раздела существуют внутренние. Это прежде всего границы между зернами. Избыточная энергия, связанная с ними, пропорциональна их поверхности. Поэтому оправдано понятие пограничного сгущения свойств и можно говорить об адсорбции на границах зерен. [c.294] Малые количества примесей, адсорбированных на этих границах, могут существенно изменять многие свойства тел. Так, сотые и даже тысячные доли процента олова резко снижают прочность жаропрочных сплавов при высоких температурах. [c.294] При пластической деформации происходит выход дислокаций на поверхность, что связано с увеличением поверхности и требует дополнительной затраты энергии, пропорциональной поверхностному натяжению. [c.294] С поверхностными явлениями непосредственно связаны трение твердых тел, сварка, пайка и пр. На границе двух твердых тел возникают места контактной сварки, где близкие атомы разных металлов вступают в химическую связь (имеют общие электроны проводимости). [c.295] При движении тел происходит разрушение этих контактов. Энергия, затрачиваемая при этих микрокатастрофах, представляет в некоторых случаях существенный компонент энергетических потерь при трении. [c.295] Перечисленные примеры не охватывают, конечно, всех многочисленных применений поверхностных явлений в технике. Мы не упомянули, в частности, о роли поверхностных явлений в системах, содержащих полупроводники. Эти вопросы будут рассмотрены в гл. XXИI. [c.295] Вернуться к основной статье