Поверхностная энергия. Дисперсные системы

Все двухфазные дисперсные системы делятся на две группы по величине удельной свободной межфазной энергии, измеряемой поверхностным натяжением а. К первой группе относятся лиофобные дисперсные системы — термодинамически агрегативно неустойчивые, характеризующиеся некоторым временем существования, с относительно высоким межфазным натяжением а большим граничного значения а . Ко второй группе относятся лиофильные дисперсные системы — термодинамически устойчивые, самопроизвольно образующиеся эмульсии со значением межфазной поверхностной энергии, меньшим граничного значения а ,. [c.15]

ПАВ, уменьшая поверхностную энергию дисперсной системы, как бы защищают ее от возможного нарушения устойчивости. Поэтому повышение устойчивости дисперсных систем под влиянием ПАВ называют коллоидной защитой или стабилизацией коллоидов. В качестве стабилизирующих веществ для золей обычно, используют высокомолекулярные ПАВ, желатин, альбумин, казеин, крахмал, пектин, каучуки, мыла поливалентных металлов, гемоглобин, мыла щелочных металлов и т. д. [c.282]

По мере раздробления вещества быстро возрастает число частиц, одновременно растет общая и удельная поверхность, а также запас свободной поверхностной энергии в системе. Поэтому в дисперсных системах самопроизвольно протекают адсорбционные процессы, понижающие свободную энергию систем. В растворах адсорбция сопровождается изменением поверхностного натяжения. Адсорбция Г на границе раствор — газ количественно характеризуется избытком вещества (кмоль/м ) в поверхностном слое. Поверхностный избыток Г определяют по изменению поверхностного натяжения, используя уравнение Гиббса [c.159]

Работа, затраченная при дроблении, диспергировании, дисперсной фазы, превращается в потенциальную энергию ненасыщенных связей на границе раздела фаз. Таким образом, коллоидные частицы обладают некоторым запасом избыточной поверхностной энергии, находящейся в тесной зависимости от поверхностного натяжения (а) на границе раздела фаз. При высокой дисперсности и, следовательно, большой суммарной поверхности раздела фаз (5) величина избыточной поверхностной энергии системы может достигать значительных величин. Величина свободной поверхностной энергии коллоидной системы может быть вычислена по формуле [c.22]

Изображая графически (рис. 1) изменение величины о поверх ностного натяжения частицы с возрастанием дисперсности, получим кривую показывающую постоянство поверхностного натяжения при малой дисперсности системы, убывание — при большой и полное исчезновение у частиц молекулярной дисперсности. Аналогично можно изобразить изменение удельной поверхностной энергии дисперсной системы, равной Ло = 5оо. В этом случае поверхностная энергия (кривая 2) с увеличением дисперсности сначала растет, пока поверхностное натяжение по- [c.14]

Непрерывное изменение степени дисперсности коллоидных систем (количественное изменение) приводит к скачкообразному качественному изменению свойств, например цвета. Двухфазная система с предельной степенью дисперсности (молекулярной) может стать даже однофазной. Так, Думанский еще в 1913 г. показал, что с увеличением дисперсности удельная поверхностная энергия коллоидной системы растет (рис. 3), но когда степень дисперсности приближается к молекулярной — резко падает. Таким образом, удельная поверхностная энергия достигает максимума в коллоидных системах. [c.15]

В зоне БВ структурирующиеся молекулы углеводородов связаны друг с другом в рыхлые ассоциаты, обладающие повышенной подвижностью. Вязкость системы в этой зоне прн данной температуре непостоянна и зависит от объемной концентрации дисперсной фазы (надмолекулярных структур). Высокая дисперсность частиц твердой фазы создает избыток поверхностной энергии поэтому такие системы термодинамически и кинетически неустойчивы и стремятся к расслоению на две фазы. Изменяются также структурно-механические свойства НДС. Все эти стадии отображены на рис. 4. [c.37]

Глава восьмая ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ [c.208]

На основании понятия о дисперсности можно сказать, что вообще поверхностная энергия дисперсной системы изменяется симбатно с изменением ее дисперсности. Обратная пропорциональность между величиной частицы и дисперсностью имеется яри наличии частиц одинаковой и возможно простой формы. Понятие о дисперсности дает нам воз можность на основании этого признака классифицировать ряд систем в порядке их возрастающей дисперсности. [c.13]

Агрегативная устойчивость связана с термодинамической неравновесностью, возникающей в системах с большим запасом свободной поверхностной энергии, которую система стремится самопроизвольно уменьшить либо за счет соединения, укрупнения частиц и, таким образом, сокращения суммарной поверхности, либо за счет понижения поверхностного натяжения частиц дисперсной фазы окружением их определенными элементами системы. [c.22]

Рассматривая нефтяные дисперсные системы, необходимо различать три основных случая проявления межмолекулярных взаимодействий, благодаря некоторому избытку поверхностной энергии дисперсной фазы [c.37]

По мере раздробления вещества быстро возрастает общее число частиц. Одновременно с этим растет общая и удельная поверхность (199), а также запас поверхностной энергии в системе. У частиц коллоидной степени дисперсности все эти величины становятся весьма значительными. Увеличение числа частиц и полной поверхности их по мере дробления вещества показано в табл.22. [c.350]

АО — изменение свободной энергии системы при диспергировании твердой или жидкой фазы, а — поверхностное натяжение, V — молекулярный объем, а г — радиус частицы (твердой — для суспензий, жидкой — для эмульсий и газообразной — для пузырьков газа в жидкости или твердом теле). Таким образом, при уменьшении г энергия дисперсной системы увеличивается. [c.52]

Проблема устойчивости дисперсных систем давно привлекала и продолжает привлекать внимание широких кругов исследователей. Проблема устойчивости дисперсных структур, к сожалению, значительно менее изучена. Являясь разновидностью дисперсных систем и обладая избытком свободной поверхностной энергии, дисперсные структуры представляют собой неравновесные, не вполне устойчивые системы. Сохранение их пористости и высокоразвитой поверхности требует наличия особых факторов стабилизации, в первую очередь — структурно-меха-нических. [c.33]

Поскольку слипание частиц сопровождается уменьшением свободной энергии дисперсной системы то в течение длительного времени считалось общепризнанным, что коллоидные системы в отличие от истинных растворов термодинамически неустойчивы. Сравнительно недавно возникли сомнения в общности этого положения [4] и Ребиндером были развиты представления о термодинамически устойчивых двухфазных дисперсных системах [5] такие системы могут образоваться, если поверхностная энергия достаточно мала. Они принципиально отличаются от значительно более распространенных термодинамически неравновесных коллоидных растворов. [c.140]

Истинные растворы агрегативно устойчивы, а коллоидные — нет. Стремление коллоидных частиц к агрегации, т. е. к объединению в более крупные частицы (с чем связано уменьшение поверхности раздела фаз и свободной поверхностной энергии дисперсной фазы), называется агрегативной неустойчивостью коллоидной системы. Если убыль поверхностного изобарного потенциала дисперсной фазы происходит за счет уменьшения межфазного натяжения посредством специфической адсорбции ионов или молекул на поверхности, то, несмотря на термодинамическую неустойчивость, коллоидная система оказывается кинетически достаточно устойчивой. [c.321]

На рис. 91 приведен график зависимости поверхностей энергии от дисперсности частиц, из которого следует, что с увеличением дисперсности удельная поверхностная энергия коллоидной системы возрастает, но когда степень дисперсности приближается к молекулярной — резко снижается. Таким образом, удельная поверхностная энергия достигает максимума в коллоидных системах. [c.323]

По отдельным вопросам физико-химии дисперсных систем и поверхностных явлений ( Дисперсные системы, . Поверхностные явления", Поверхностная энергия , Поверхностноактивные вещества и др.) см. Физический словарь, т. I — V, ОНТИ, М. — Л., 1936—1939. — Прим. ред. [c.7]

Для гетерофазных примесей воды определенное значение имеет размер частиц нерастворимых веществ, что указывает на ориентировочные пределы максимального развития удельной поверхности. Если размер частиц превышает 10 см, то они постепенно теряют кинетическую устойчивость и образуют суспензии или эмульсии. Интервал 10 — 10 см соответствует области существования коллоидно-дисперсных систем со специфичной кинетической и агрегативной устойчивостью. При более высокой степени дисперсности утрачивается физическая поверхность раздела. В связи с наличием у частиц свободной поверхностной энергии, гетерогенные системы являются термодинамически неустойчивыми. [c.50]

Если просуммировать прирост поверхностной энергии Гиббса системы в результате разрыва всех контактов между частицами дисперсных фаз в единице объема системы, получим [c.45]

Из приведенных данных но исследованию устойчивости дисперсии алмаза в растворах K I следует, что в зависимости от pH дисперсионной среды и концентрации электролита и, как следствие этого, от состояния поверхности дисперсия алмаза ведет себя либо как лиофилизованная (кислая область), либо как иопно-стабилизированная (щелочная область) дисперсная система, обнаруживая тем самым различную чувствительность к добавлению индифферентного электролита. В зависимости от состояния поверхности частиц алмаза (соотношения числа диссоциированных и недиссоциированных поверхностных групп), возможности образования водородных связей между молекулами воды и поверхностными группами алмаза, а также от концентрации добавленного электролита меняется структура воды в ГС, и, как следствие, соотношение между молекулярной, ион-но-электростатической и структурной составляющими энергии взаимодействия частиц. [c.184]

По аналогии с реакционной способностью адсорбционная способность углеродистых материалов при контакте с жидкими веществами является функцией поверхностной энергии, степени дисперсности и шероховатости частиц наполнителя и активности жидкого компонента системы. [c.135]

Большинство дисперсных систем обладает избытком поверхностной энергии, и поэтому в них самопроизвольно идут процессы укрупнения частиц,— происходит снижение поверхностной энергии за счет уменьшения удельной поверхности. Такие системы называют агрегативно неустойчивыми. [c.271]

Расчет возможного максимального межфазного натяжения по уравнению (VI. 31) показывает, что для ультрамикрогетерогенных систем в зависимости от размера частиц (от 100 до 1 нм) оно должно меняться в пределах от 1,4-10- до 1,4-10 Дж/м . Несмотря на большую межфазную поверхность в лиофильных дисперсных системах, малое межфазное натяжение обусловливает сравнительно небольшую поверхностную энергию, которая способна компенсироваться энтропийной составляющей. Малое значение межфазного натяжения возможно только при значительном межфазном взаимодействии, характерном для жидких дисперсионных сред. Поэтому термодинамически устойчивыми свободнодисперсными [c.285]

Размер частиц коллоидного раствора может изменяться с течением времени. Как известно, с увеличением степени дисперсности возрастает поверхностная энергия дисперсной системы. Укрупнение частиц приводит к уменьшению запаса энергии системы. В соответствии со вторым принципом термодинамики следует ожидать, что в дисперсных системах должна самопроизвольно уменьшаться степень дисперсности. Действительно, отмечено много случаев, когда в дисперсных системах происходит перекристаллизация и укрупнение частиц. Примерами могут служить увеличение частиц А Вг в фотографических эмульсиях при их созревании и быстрая перекристаллизация суспензий Ва804, что не позволяет получить взвесь этой соли в виде устойчивой системы. [c.152]

В гетер)Огенных системах пограничные слои молекул жидкостей и твердых тел, расположенные на межфазных поверхностях раздела, обладают избытком энергии Гиббса по сравнению с молекулами внутри объемов фаз. Это служит причиной физических и химических процессов, протекающих на фазовых границах. Такие процессы называют поверхностными явлениями. Важнейшие из них — адсорбционные процессы. Они понижают поверхностную энергию Гиббса системы, поэтому протекают самопроизвольно и приводят к накоплению растворенных веществ или газов на границах раздела фаз. Очевидно, чем сильнее развита поверхность раздела фаз (высокая степень измельчения или пористости вещества), тем больше свойства системы в целом зависят от ее поверхностных свойств. Этим объясняется решающая роль поверхностных явлений для дисперсных систем, имеющих огромную площадь поверхности раздела фаз. [c.158]

В регулировании устойчивости дисперсных систем особое значение имеет еще один универсальный, но не связанный с убылью межфазной поверхности путь понижения свободной энергии дисперсной системы. Это—уменьшеше поверхностного натяжения при адсорбции на межфазной границе поверхностно-активных веществ (ПАВ), вызывающих (частичную) компенсацию ненасыщенных поверхностных сил. Такие вещества, внесенные в очень малых количествах в объем фазы, самопроизвольно концентрируются на межфазной границе. Адсорбционные монослои могут радикально изменять свойства поверхности раздела и взаимодействие фаз. [c.9]

Основные и наиболее характерные свойства дисперсных систем связаны со свойствами вещества в поверхностных слоях на границе раздела фаз. Площадь межфазной поверхности в термодинамическом описании играет роль параметра состояния системы. За обобщенную силу, сопряженную с этим параметром, принимают удельную поверхностную энергию (коэффициент поверхностного натяжения) о. Тогда работа dW по увеличению поверхности (при Т = onst и У = onst) на dS равна [c.28]

Эмульсии относятся к микрогетерогенным системам, частицы которых видны в обычный оптический микроскоп, а коллоидные растворы принадлежат к ультрамикрогетерогенным системам, их частицы не видны в обычный микроскоп. Хотя по своей природе эти системы близки, но физико-химические их свойства различны и зависят в значительной степени от дисперсности. При образовании эмульсии образуется огромная поверхность дисперсной фазы. Так, количество глобул воды в одном литре 1%-ной высокодисперсной эмульсии исчисляется триллионами, а общая межфазная площадь поверхности — десятками квадратных метров. На такой огромной межфазной поверхности может адсорбироваться большое количество веществ, стабилизирующих эмульсию. В процессе образования эмульсии на хщспергирование жидкости затрачивается определенная работа и на поверхности раздела фаз концентрируется свободная поверхностная энергия — избыток энергии, содержащейся в поверхностном слое (на границе двух соприкасающихся фаз). Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности, называется межфазным поверхностным натяжением. Удельная поверхностная энергия измеряется работой изотермического и обратимого процесса образования единицы поверхности поверхностного слоя и обозначается а. [c.15]

Ко второй гр л1пе относятся так называемые критические лиофиль-ные эмульси11 днсперсные системы, термодинамически устойчивые, самопроизвольно образующиеся эмульсии с межфазной поверхностной энергией, меньшей граничной энергии а . Лиофильные системы являются полуколлоидами (семиколлоидами) и характеризуются высокой дисперсностью. Предельный случай лиофильных систем соответствует безграничной взаимной растворимости, когда а=0, т. е. образованию однофазной системы — истинного раствора. Непрерывный переход от лиофобных к лио-фильным системам, т. е. от грубо дисперсных систем через полуколлоиды [c.15]

В процессе диспергирования возрастает свободная поверхностная энергия и энтропия, связанная с тепловым движением коллоидных частиц. При диспергировании твердых тел до порошкообразного состояния роль энтропийно -о фактора ничтожна. В случае превышения энтропии над свободной энергией, свя- анной с развитием поверхности, формирование коллоидной системы оказывается термодинамически вы10диым процессом и может протекать самостоятельно, особенно в дисперсных системах с газообразной и жидкой дисперсионной средой. [c.65]

Рассмотрим кратко влияние этих факторов иа адсорбцию на границе ядро — дисперсионная среда. Если дисперсная фаза (например, асфальтены) и диснерсионная среда (парафины) ре.зко различаются по полярности, взаимодействие между ними незначительно. В этом случае элементы структуры дисперсной фазы находятся в состоянии, аналогичном модели ССЕ по Ленгмюру (гтах, Лт ,,) система склонна к расслоению. Поверхности с высокой поверхностной энергией легко адсорбируют алканы с образованием монослоя с низкой поверхностной энергией. Введение в систему аренов или других аналогичных добавок изменяет обстановку. Изменения наступают в результате влияния растворения на баланс сил в системе и в конечном счете на размеры гик ССЕ. Поскольку парные взаимодействия между молекулами алканов и аренов слабее, чем между молекулами аренов, то с поверхности ядер ССЕ удаляются алканы. В итоге формирую я активные ССЕ (с повышенной поверхностной энергией). Активные ССЕ обладают нескомиенсированной поверхностной энергиеС , что является движущей силой для роста размеров ССЕ. Все эти стадии схематически выглядят так [c.78]

При формировании адсорбционно-сольватного слоя из жидкой фазы необходимо, чтобы энергия ММВ соединений, переходящих в слой, значительно превосходила энергию ММВ среды. Согласно правилу выравнивания полярностей Ребиндера, в слое концентрируется вещество, обладающее полярностью, промежуточной между полярностями веществ в ядре и дисперсионной среде раздела фаз. Так, на границе фаз асфальтены — парафины ароматические углеводороды хорошо взаимодействуют с поверхностью ядер ССЕ. Па следующих стадиях происходит рост размеров ССЕ. При достижении необходимой разности плотностей между исходной фазой и ССЕ, последние начинают перемещаться ио системе и формируют межфазный слой — поверхность разрыва — границы разделяющей фазы (подсистемы) со схожими свойствами. Поверхность разрыва представляет собой переходный слой— реальный объект, обладающий объемом. Внутри межфазного слоя в результате его разрушения происходит непрерывное изменение свойств от характерных для дисперсной системы до свойств новой фазы. В зависимости от степени искривления иоверхности ядер ССЕ различают макрогете-рогенные (плоская поверхность) и микрогетерогенные (искривленная поверхность) системы. По мере перехода от макро-гетерогенных систем к микрогетерогенным существенно увеличивается поверхность раздела и роль поверхностных явлений. При увеличении размеров коллоидных частиц происходит уменьшение их межфазной поверхности, в результате часть со- [c.123]

Рассмотрим вкратце модель пласта, состоящего из породы (дисперсной системы) и флюида. Дисперсионной средой в породе являются неорганические вещества (силикаты, полевой шпг.т, кальцит, доломит, монтмориллонит и др.), а дисиерсной фазой — капилляры (поры). Капилляры, как разновидности ССЕ, имеют различный диаметр и соответственно обладают разной удел )-ной поверхностной энергией, т. е. энергетически неоднородн , . Компенсация внутренней поверхностной энергии приводит к формированию адсорбционно-сольватного слоя и соответственно ССЕ (пора-fфлюид). На втором этане норы насыщаются флюидами, находящимися в молекулярном состоянии, в объеме которых в виде свободно-дисперсных ССЕ могут находиться различные неоднородности. При вскрытии пласта в результаае изменения внешних воздействий (создается механическое воздействие из-за неренада давления между иородами-коллектора-ми и устьем скважины) флюиды, находящиеся в молекулярном состоянии, начинают вытесняться (происходит нефтеотдача). Однако из-за энергетической неоднородности пор и по другим причинам нефтеотдача неодинакова. Для интенсификации процесса нефтеотдачи применяют различные приемы, наиболее [c.191]

Высокая дисперсность асфальтенов создает избыток поверхностной энергии, вследствие чего такие системы термодинамически неустойчивы и стремятся к расслоению на две фазы. При недостаточном стабилизирующем действии окружающей дисперсионной среды частицы асфальтенов предварительно ассоциируются, сцепляясь под действием молекулярных сил в агрегаты, что приводит к потере кинетической устойчивости системы. В значительной степени свойства 1ефтяных остатков как коллоидных систем зависят от степени дисперсности асфальтенов, а в случае крекинг-остатков также от степени дисперсности карбенов и карбоидов. В обычных условиях коллоидная система, состоящая из дисперсной фазы (асфальтены, механические примеси) и дисперсионной среды (высокомолекулярные углеводороды, смолы), термодинамически и кинетически неустойчива тем не менее, расслоение на фазы происходит медленно, что обусловлено в основном свойствами самой системы. Коагуляцию асфальтенов могут вызвать изменение состава дисперсионной среды, изменение температуры, механические воздействия и другие факторы. [c.56]

Таким образом, объекты коллоидной химии обладают поверхностной энергией. Рассмотрение превращения поверхностной энергии в другие виды энергии составляет содержание первой половины курса коллоидной химии — учения о поверхностных явленнях. Основное внимание в этом учении уделяется поверхностному слою, его строению и свойствам. Вторую половину курса составляет учение о дисперсных системах, в котором рассматриваются их синтез и свойства, связанные, главным образом, с дисперсным состоянием, когда поверхностная энергия во многом определяет объемные свойства тел. Две составные части курса также соответствуют двум признакам объектов коллоидной химии. Поверхностные явления — результат гетерогенности, дисперсность же в значительной степени определяет вклад поверхностных явлений в объемные свойства дисперсных систем. [c.12]

Необходимость пересыщения для образования гетерогенной дисперсной системы из гомогенной следует и из того факта, что появление избыточной поверхностной энергии при конденсации должно быть предварительно скомпеисировано избытком энергии Гиббса системы, что и обеспечивается пересыщением. [c.99]

В термодина.мически неустойчивых дисперсных системах, какими являются лиофобные системы, агрегатнвная устойчивость носит к1шетический характер, и судить о ней можно по скорости процес-соа, вызываемых избытком поверхностной энергии. При изотермической перегонке в таких системах скорость массопереноса зави- [c.272]

Это означает, что энергия Г ббса не должна увеличиваться с ростом межфазной поверхности (прн постоянном межфазном натяжении) илп с уменьшением размеров частиц. Самопроизвольный рост межфазной поверхности может произойти, только если поверхностная энергия будет компенсироваться увеличением эитро-инн системы, что имеет место прн диспергировании (повышении дисперсности). Такое явление получило название самопроизвольного диспергирования. Самопроизвольное диспергирование — основной метод получения термодинамически устойчивых систем, аналогичный растворению веществ при получении истинных растворов. [c.285]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология