Поверхностные термодинамика

Для описания термодинамики поверхностных явлений применяют два метода метод избыточных вeл [чин Гиббса и метод слоя конечной толщины . За толщину поверхностного слоя принимают расстояние по обе стороны от границы раздела фаз, за пределами которого свойства слоя перестают отличаться от свойств объемных фаз. Практически вся поверхностная энергия сосредоточена в поверхностном слое толщиной в несколько молекул, поэтому все связанные с нею соотношения можно относить только к поверхностному слою. Однако, как следует из определения толщины поверхностного слоя, установление его границ со стороны объемных фаз [c.25]

Термодинамика поверхностных явлений в однокомпонентных системах. При установлении различных термодинамических соотношений, мы не учитывали тех особенностей, которые вызываются поверхностными явлениями. Для материалов с компактной структурой это вполне допустимо, но для веществ, обладающих более развитой поверхностью, необходимо внести соответствующие коррективы. [c.357]

Из элементарных курсов общей химии и физики известно, что вследствие сильно развитой межфазной поверхности гетерогенные дисперсные системы обладают большим избытком свободной поверхностной энергии и, следовательно, являются в принципе неустойчивыми. Позднее мы еще обсудим этот вопрос и покажем, что данное утверждение, которое во многих случаях не вызывает возражений, не настолько правильно, чтобы его абсолютизировать. Возникает вопрос, в какой мере законно применение термодинамических зависимостей к фазовым равновесиям в подобных системах. Гетерогенная дисперсная система может приобретать за счет замедляющих кинетику факторов известную устойчивость, позволяющую ей существовать в дисперсном состоянии достаточно долгое время. В течение этого времени вследствие молекулярного переноса (например, благодаря диффузии) устанавливается такое распределение ее компонентов в объеме и около межфазной поверхности, которое практически соответствует равновесию. Очевидно, что возникающее при этом состояние можно анализировать на основе соответствующих термодинамических представлений. В дальнейшем при рассмотрении вопроса об устойчивости лиофобных коллоидов мы увидим, что такая устойчивость действительно существует и именно этим объясняется широкое распространение подобных систем в природе и технике. Если какая-либо жидкость диспергирована в газе или п другой жидкости, то состояние относительного равновесия, о котором мы говорили выше, придает частицам термодинамически устойчивую форму — форму с наименьшей поверхностью, которая в простейшем случае является сферической. Не будем приводить других аргументов в пользу приложимости термодинамики равновесных систем к дисперсным гетерогенным системам и перейдем к рассмотрению самой термодинамики гетерогенных систем. [c.75]

Поверхностное натяжение является функцией состава раствора. Эта функциональная зависимость была математически выражена Гиббсом на основании термодинамики поверхностной, или пограничной , фазы. [c.243]

Первый том Курса физической химии включает термодинамику и ее приложения. Главы, посвященные основам термодинамики, термодинамике растворов и химической термодинамике, написаны Я. И. Герасимовым раздел Гетерогенные равновесия — В. П. Древингом раздел Поверхностные явления и адсорбция и дополнение Газовая хроматография —А. В. Киселевым. [c.9]

Книга является первым томом учебного пособия Курс физической химии . В этом томе излагаются основы химической термодинамики, термодинамика растворов, учение о химическом и гетерогенном равновесиях, учение о поверхностных явлениях и адсорбции. [c.2]

Для описания эффектов третьего уровня используют методы механики мелкомасштабных течений около кристалла, термодинамики поверхностных явлений, различные теории межфазного переноса. [c.12]

Для вскрытия сущности этих взаимосвязей потребовалось привлечение ранее выполненных работ К. Шееле, Д. Фонтаны, Т. Е. Ловица по адсорбции, Дж. Гиббса (1880) по термодинамике поверхностных явлений, П, Лапласа (1806), Т, Юнга (1855), 15. Кельвина — Томсона (1871) по капиллярным явлениям, Ф. Ф. Рейсса (1808), Г. Квинке (1859), X. Гельмгольца, Г. Липпмана (1870—1880) ио элек-троповерхностным явлениям и др. [c.17]

Результаты многочисленных работ по статической усталости и по кинетике роста трещин часто обсуждаются в терминах коррозии под напряжением . Если под коррозией понимать растворение с переходом атомов твердой фазы в объем раствора, то такой процесс действительно иногда вносит существенный вклад в общую картину [297]. Однако чаще всего судьба атомов, образовавших связь, после ее гидролитического расщепления несущественна. В ряде случаев можно утверждать, что они остаются на месте, так как активная среда не образует жидкой фазы, а присутствует в виде адсорбционного слоя [268]. Однако даже если они переходят в раствор (может быть, с переотложением в другом месте, если раствор насыщенный), то мерой действия среды все равно может служить работа адсорбции, хемосорбции или топохимической реакции, т. е. термодинамика поверхностных взаимодействий. [c.97]

Как уже указывалось, теория эмульсий и их устойчивости разработана хуже, чем теория пен. Одна из первых гипотез, распространявшаяся также и на природу устойчивости пен, состояла в том, что необходимым условием устойчивости эмульсии является достаточно низкое поверхностное натяжение на межфазной границе. Тогда избыток поверхностной энергии в дисперсной системе мал, и термодинамический фактор, стремящийся уменьшить энергию системы, т. е. ее общую поверхность или дисперсность, также невелик. Эти представления, объясняющие устойчивость дисперсных систем с точки зрения элементарной термодинамики, оказались совершенно неприемлемыми для теории пен, и поэтому в разделе пен они не рассматривались. В случае же эмульсий для их использования имеется больше оснований, поскольку поверхност- [c.243]

Изучение термодинамики поверхностных явлений [c.103]

Поверхностные явления удобно классифицировать в соответствии с объединенным уравнением первого и второго начал термодинамики, Для системы его можно записать в следующей форме [c.12]

Если полагать, что процесс формирования граничных смазочных слоев происходит через промежуточную стадию образования переходного комплекса, то последнему, по мнению Камерона, должно соответствовать вполне определенное изменение энергии Гиббса (АС ) и энтропии активации (А5). Тогда состояние поверхностных слоев с учетом законов термодинамики обратимых процессов можно выразить уравнением [c.244]

Основу описания эффектов третьего уровня составляют методы механики мелкомасштабных течений около включения дисперсной фазы, термодинамика поверхностных явлений, методы описания равновесия многокомпонентных систем, различные теории межфазного переноса. [c.44]

II. ТЕРМОДИНАМИКА И СТРОЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ [c.19]

Для однородной по химическому составу гомогенной системы ее термодинамические функции зависят от Р, V, Т, а также <т — поверхностного натяжения, В — напряженности магнитного поля, g — силы тяжести, д — заряда и — напряженности электрического поля. Главное уравнение термодинамики можно представить для этой системы в таком виде [c.144]

Описанный прием успещно может быть применен при учете влияния поверхностного натяжения, на его основе (с помощью метода пространственного осреднения и неравновесной термодинамики) оказалось возможным получить обобщенные уравнения массопередачи для различных гетерогенных физикохимических систем и наметить единый путь обработки опытных данных. [c.145]

Построение детализированной связной диаграммы Е-фазы с подробным учетом всех ее физико-химических особенностей является сложной задачей из-за недостаточной изученности термодинамики поверхностных явлений [6]. Поэтому диаграммное представление процессов на границе раздела фаз в настоящей работе будет ограничено только отображением межфазных переходных потоков совместно с условиями равновесия на межфазной границе. [c.143]

Вопрос об устойчивости дисперсных систем — основной при изучении их свойств. Как уже отмечалось, дисперсные системы потому и рассматриваются особо, отдельно от обычных гетерогенных систем, что по внешнему виду они напоминают обычные растворы прозрачны, внешне однородны, для них характерны диффузия и осмос и т. д. Но в то же время само существование дисперсных систем уже противоречит законам термодинамики они обладают огромным запасом поверхностной энергии, но, несмотря на это, освобождаются от нее нехотя . Это явление называется коллоидной устойчивостью. [c.280]

Русанов А. И., Термодинамика поверхностных явлений, Изд. ЛГУ, 1960. [c.612]

Влияние поверхностного натяжения [79, 89, 178]. С очки зрения термодинамики, уменьшение поверхностного натяжения а [c.136]

Термодинамика микрогетерогенных систем. Изложенные выше представления недостаточны для того, чтобы объяснить все термодинамические свойства дисперсных систем. Это особенно заметно в переходной области дисперсности, где осуществляется непрерывный переход от гетерогенных систем к системам молекулярной степени дисперсности. В соответствии с тем, что было сказано выше, при повышении дисперсности, т. е. при увеличении числа частиц и уменьшении их размеров, возрастает полная межфазная поверхность, а вместе с ней и полная поверхностная энергия. Иными словами, чем более высокодисперсна система, тем дальше она от состояния равновесия и, следовательно, тем более термодинамически неустойчива. Но в то же время известно, что состояния с максимальной (молекулярной) степенью дисперсности термодинамически устойчивы. [c.89]

Фактором интенсивности поверхностной энергии является поверхностное натяжение, обусловленное нескомпенсированным полем межмолекулярных сил на межфазной поверхности. Термодинамическое определение поверхностного натяжения вытекает из объединенного уравнения первого и второго начал термодинамики. Запишем его для гетерогенной системы относительно изменения внутренней энергии 7 [c.22]

Подчеркивается доминирующая роль поверхностных явлений в дисперсных системах с высокоразвитой границей раздела фаз. Достаточно доступно излагается термодинамика гетерогенных систем по методу избытков термодинамических функций Гиббса. Важное место занимает раздел, в котором ставится вопрос о нетривиально-сти термодинамического описания микрогетерогенных систем, не являющихся в принципе равновесными, и о природе их устойчивости, с выделением роли флуктуаций, лиофилизации в результате адсорбции (по Ребиндеру), специфики поведения тонких слоев и проявления расклинивающего давления. [c.5]

Выше была рассмотрена группа коллоидных систем, объединенных под общим названием лиофобных (гидрофобных) коллоидов, которые обладают сильно развитой физической поверхностью раздела и большим избытком свободной поверхностной энергии. Благодаря этому образуются ионные и молекулярные адсорбционные слои, которые и сообщают агрегативную устойчивость коллоидным частицам, тогда как стремление свободной поверхностной энергии лиофобных (гидрофобных) коллоидов к самопроизвольному уменьшению в силу второго начала термодинамики делает их термодинамически неустойчивыми. Весьма характерным свойством этих коллоидных систем является, как известно, слабое взаимодействие между веществами дисперсной фазы и молекулами дисперсионной среды. [c.326]

Это значит, что с ростом температуры число активных центров на единицу поверхности сначала растет и, только начиная с определенной температуры, убывает. Подобные кривые невозможно объяснить, исходя из представления о спекании как о поверхностном плавлении активных центров или исходя из эффекта, связанного с уменьшением общей повмхности с повышением температуры. Это явление с позиций термодинамики было рассмотрено О. П. Пол-торакои, который исходил из следующей модели активные центры являются атомной фазой , адсорбированной на поверхности кристалла. При этом оказалось, что для мелкодисперсных кристаллов количество атомной фазы иа единицу поверхности уменьшается с ростом кристаллов. Таким образом, с изменением температуры протекают два конкурирующих процесса сначала при повыщении температуры обработки катализаторов увеличивается число дефектов, а следовательно, и их поверхностная концентрация ири дальнейшем повышении температуры увеличение числа дефектов и их подвижности приводит к росту кристаллов, а следовательно, к уменьшению поверхностной концентрации дефектов. [c.338]

Кроме того, между термодинамическими функциями поверхностного слоя и 5 3 существует соотношение, аналогичное уравнению второго начала термодинамики, т. е. [c.11]

Дисперсные системы обладают большим запасом поверхностной энергии, т. е. высоким термодинамическим потенциалом. Поэтому, согласно второму закону термодинамики, они склонны к сокращению площади 5уд поверхности раздела фаз, что сообщает им склонность к самопроизвольному слипанию (слиянию) частиц дисперсной фазы, приводящему к разделению фаз, расслаиванию системы. [c.209]

По-видимому, именно по этой причине рассматриваемое свойство жидкости назвали поверхностным натяжением, что подчеркивает стремление жидкости к сокращению площади поверхности. Это свойство жидкости объясняется особенностью поверхностной энергии, о которой будет подробнее сказано в гл. II, разд. Второй закон термодинамики . Благодаря этому свойству капли жидкости имеют сферическую форму, мыльная пленка обтягивает проволочный каркас самым экономичным образом и т. п. [c.30]

В отличие от большинства учебников по химической термодинамике в книгу введен обширный раздел, посвященный термодинамике дисперсных тел и поверхностных явлений. [c.10]

И. Дорохов с сотр., используя методы механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики и учитывая баланс массы, импульса и энергии для двухфазной многокомпонентной среды, в которой протекают химические реа1сции, процессы тепло- и массообмена и фазового перехода, получили кинетические уравнения переноса субстанций как в пределах фазы, так и через фаницу раздела фаз, В этом случае рассматривается так называемая двухтемпературная модель, а влияние поверхностно- [c.142]

Предшествующие исследования, относящиеся непосредственно к термодинамике липидных бислоев, включают работы Тьена [3], Гуда [4], Эванса и Саймона [5], Эванса и Ву [6]. Тошев и Иванов недавно обратились к близко примыкающей проблеме тонких жидких пленок между двумя жидкостями [7, 8]. Известная (но во всех деталях еще не всегда хорошо понимаемая) теория капиллярности Гиббса [9, стр. 219] и предыдущие статьи автора данной серии работ по поверхностной термодинамике, в частности сообщения [10—12] обеспечивают подходящую общую основу, которой мы и воспользуемся. [c.318]

Как было указано вьине, в результате адсорбции происходит перераспределение компонентов между объемными фазами и поверхностным слоем, что влечет за собой изменение их химических потенциалов в системе, поэтому этот процесс можно рассматривать как превращение поверхностной энергии в химическую. Выведем соотношение между иоверхиостР ым натяжением и химическими потенциалами компонентов системы. Объединенное уравнение первого и второго начал термодинамики для внутренней энергии поверхности с учетом поверхностной и химической энергии имеет вид (объем поверхности равен нулю) [c.35]

Из этой таблицы следует, что коллоидно-дисперсные системы в отличие от истинных растворов сами по себе агрегативно неустойчивы. Размеры их дисперсных частиц могут изменяться как самопроизвольно, так и под влиянием внешних факторов. Одной из причин неустойчивости коллоидных растворов является их гетерогенность. Обладая громадной суммарной поверхностью, следовательно, большой свободной энергией, коллоидные системы согласно второму началу термодинамики стремятся к равновесному состояипю, характеризующемуся разделением системы ка две фазы, имеющие минимальные межфазовые ПОВерХНОСТИ И МИНИМЭЛЬ-ную свободную поверхностную энергию. [c.277]

Проникновение молекул растворителя в поверхностный слой сопровождается отклонением отдельного звена макроцепи сополимера. Поскольку звенья связаны в макроцепи силами главных валентностей, перемещение звеньев вызывает появление локальных сил, которые передаются вдоль цепи, а через межмолекуляр-ные связи и на соседние макроцепи. Причиной, вызывающей движение материальной сплошной среды, является возникновение поверхностных сил, играющих основную роль в механике сплошной среды. Такие силы действуют на каждом элементе поверхности сплошной среды и носят название локальных напряжений (в физикохимии полимеров — давление набухания). Они имеют ту же физическую природу, что и явление осмоса для сильно разбавленных растворов [4]. Возникает поле механических сил, наводимое в системе диффузионными потоками, проникающими в материал полимера. Под воздействием наведенного поля сил начинают проявляться вторичные процессы, способствующие согласно принципам термодинамики снижению механических напряжений в слое. Такими процессами являются перемещения структурных элемАнтов сополимера и изменение конформаций макроцепей. Материальная сплошная среда приходит в движение. Направленность вторичных процессов обусловливает снижение химического иотенпиала растворителя в слое, поскольку происходит увеличение линейных размеров слоя сополимера. [c.304]

К сожалению, Гиббс не развил количественно такую одномерную термодинамику, указав лишь, что она должна быть подобна двумерной термодинамике, разработанной им для границ раздела двух фаз. Согласно Гиббсу, избыточная энергия линии раздела трех фаз, или линейное натяжение, обозначаемое далее у., возникает в силу того, что поверхностные натяжения изменяются вблизи границы раздела трех фаз. Это иллюстрировано на рис. 1 на примере границы трех фаз с одинаковыми натяжениями между ними Стоо. В области, ограниченной пунктирной линией, натяжения изменены в среднем до а. Тогда по определению Гиббса у. = = 3 (а—сГоо)б, где б — радиус зоны взаимодействия трех фаз. В случае когда а < Оос, при 50 дин/см и б л см получаем X — 1,5-10" дин. Если ог>-аос, то значение у будет положительным. Другими словами, х может быть как положительным. [c.250]

В основе термодинамики агрегативной устойчивости лежит представление о расклинивающем давлении, введенное Б. В. Дерягиным в 1935 г. Расклинивакнцее давление возникает при сильном уменьшении толщршы пленки в результате взаимодействия сблп кающихся поверхностных слоев. Пленкой называют часть системы, находящуюся между двумя межфазными поверхностями (газообразными, твердыми или жидкими). Если пленка имеет большую толщину, то обобщенное уравнение первого и второго начал термодинамики отличается от представленных ранее (с одним межфазным слоем) только тем, что в него входят поверхностные энергии (oi,2 и СТ2.3) обеих межфазных поверхностей (слоев). При уменьшении толщины пленки ограничивающие ее поверхностные слои начинают перекрываться, вследствие чего возникает давление, обусловленное взаимодействием как сближающихся фаз, так и межфазных слоев. Таким образом, избыточные термодинамические функции тонких пленок зависят от толщины пленки h. Например, для пленки выражение избыточной энергии Гиббса имеет вид [c.273]

Видимо, эффект Марангони характеризует первоначальное состояние пены, когда пленки еще толстые, по устойчивость определяется другими эффектами. Шелудко (1962) показал, что стойкие пены образуются в системах, которые дают черные пленки. Как было упомянуто ранее, следует принять во внимание поверхностные силы второго рода, чтобы объяснить метастабильную пленку, и поэтому к.шсспческая химическая термодинамика поверхности не является адекватной. Дерягин, Мартынов и Гутоп (1965) разработали термодинамику свободных от жидкости пленок (например, для пленок тоньше, чем толщина двух адсорбционных слоев Гиббса). [c.89]

Классическая термодинамика гетерогенных систем является неполной главным образом в двух отношениях. Во-первых, она не принимает во внимание флуктуаций, роль которых растет с повышением дисперсности. Во-вторых, выше известной степени дисперсности становится не вполне корректной приложимость основного допущения Гиббса о независимости термодинамических параметров, характеризующих межфазную поверхность, от размеров фаз и кривизны их поверхностей. Однако вместо вопроса о том, до каких минимальных размеров частиц можно еще говорить о наличии у них фазовой поверхности и соответствующего поверхностного натяжения, целесообразно поставить вопрос о том, как изменяется величина поверхностного натяжения при уменьшении размеров очень малых частиц. Очевидно, что вследствие дискретной молекулярной структуры вещества нeвoз южнo избежать скачка в его свойствах при переходе к молекулярной степени дисперсности, но все же можно попытаться подойти поближе к этой границе. [c.89]

По нашему мнению, повышения уровня лабораторных и практических занятий можно достичь, раз1работав такие формы занятий, которые, раскрывая и иллюст1рируя теорию (знание), обучали бы мышлению (умению использовать теорию) и прививали бы навыки обращения с веществом. Выполнение каждого опыта должно быть цредставлено как своеобразное самостоятельное научное исследование (на уровне, доступном студенту первого курса) с постановкой задачи, ее теоретическим обоснованием и экспериментальной проверкой высказанного суждения от поверхностного знакомства с веществом (внешнее проявление) к пониманию его свойств и действий — че(рез структуру и термодинамику и далее к завершению целенаправленного эксперимента. Подобное объединение целей и задач лабораторного практикума и семинарских занятий должно, по нашему мнению, приблизить постановку учебного процесса к постановке реальных научных исследований. [c.3]

Поскольку поверхностная энергия в силу второго начала термодинамики стремится к минимуму, то в случае, когда растворение вещества понижает поверхностное натяжение растворителя, концентрация растворенного вещества в поверхностном слое должна быть больше, чем в объеме раствора. И наоборот, когда растворение повышает поверхностное натяжение, поверхностный слой раствора до жен быть беднее растворенным веществом по сравнению с общим сто объемом. Таким образом, на границе раздела жид- кость — газ наблюдается явление уменьшения и.ли увеличения кон- центраци, растворенного вещества, т. е. явление адсорбции. [c.353]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология