Методы изучения поверхностных явлений

В первом разделе книги излагаются методы изучения и современные представления о строении границ раздела металлических или полупроводниковых электродов с ионными системами (растворами, расплавами), а также границы раствор — воздух. Значительное внимание уделено термодинамике поверхностных явлений на электродах, адсорбирующих водород и кислород, и современной теории адсорбции органических соединений на электродах. Во втором разделе подробно анализируются закономерности стадии подвода реагирующих частиц к поверхности электрода, методы изучения этой стадии и приводятся примеры использования явлений массопереноса при конструировании хемотронных устройств и новых источников тока. Третий раздел посвящен изложению закономерностей стадии переноса заряженных частиц через границу электрод — раствор и физических основ элементарного акта электрохимических реакций. При этом рассматриваются такие важные в теоретическом отношении вопросы, как роль работы выхода электрона и энергии сольватации ионов в электродной кинетике. Теории двойного слоя, массопереноса и элементарного акта, по образному выражению А. Н. Фрумкина, — те три кита , на которых базируется мощное и стройное здание кинетики электродных процессов. [c.3]

Здесь нами было дано лишь краткое изложение основных положений применяемого квантово-механического метода для изучения хемосорбции и поверхностных состояний, а также в самом сжатом виде сообщено о важнейших качественных результатах, достигнутых при помощи этого метода. Само собой разумеется, что для успешного решения проблем в области теории хемосорбции необходимо, кроме дальнейшего квантово-механического изучения поверхностных явлений, разрабатывать также феноменологическую, статистическую теорию этих явлений и прежде всего добиться объединения обоих методов исследования. [c.36]

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИИ [c.161]

Поверхностное натяжение твердого тела непосредственно измерить трудно. Поэтому для исследования процессов взаимодействия твердых тел с жидкостями и газом пользуются косвенными методами изучения поверхностных явлений, протекающих на контактах между твердыми и жидкими телами. К таким методам относятся измерение работы адгезии , исследование теплоты смачивания и углов избирательного смачивания и др. [c.168]

Область химической науки, занимающаяся изучением поверхностных явлений и дисперсных систем, называется коллоидной химией. Она выделена как самостоятельная научная дисциплина и является примером науки, объединяющей химические и физические методы и подходы для объяснения сущности коллоидных явлений. [c.158]

Для получения различных материалов с заданными свойствами особо важное значение имеют системы, обладающие необходимым комплексом механических (деформационных) показателей. Разработка оптимальных способов их формирования связана с изучением поверхностных явлений, поверхностно-активных веществ, устойчивости дисперсных систем, теории лиофильности и методов управления ими с учетом кристаллохимических особенностей дисперсных фаз и их взаимодействия с различными дисперсионными средами. [c.5]

При изучении поверхностных явлений используется также термодинамический метод, развитый Гуггенгеймом [62]. В этом методе вместо условной разделяющей поверхности рассматривается реально существующий переходный слой, обладающий определенным объемом и ограниченный определенными плоскостями, например АА и ВВ на рис. П-9, расположенными в фазах а и 3 не слишком далеко от реальной поверхности раздела. Введение такого слоя позволяет избежать применения разделяющей поверхности Гиббса, представление о которой является в какой-то мере искусственным. [c.66]

Для изучения поверхности электродов и явлений адсорбции используют оптические методы. Часть этих методов предназначена для исследования поверхностного слоя электродов, погруженных в раствор электролита и включенных в электрохимическую цепь. Таким образом получается информация о состоянии границы раздела фаз при заданном составе раствора и заданном потенциале электрода. К этим методам относятся эллипсометрический метод, а также методы обычного зеркального и неполного внутреннего отражения. Другая часть оптических методов изучения поверхности электродов требует удаления их из раствора, просушки и последующего исследования в глубоком вакууме. К этим методам относятся дифракция медленных электронов, Оже-спектроскопия, фотоэлектронная спектроскопия (рентгеновский микроанализ), сканирующая электронная микроскопия и некоторые другие методы. Эти методы дают информацию о микроструктуре поверхности твердых электродов, о химическом составе поверхностного слоя, изменение которого могло произойти в результате необратимой адсорбции тех или иных компонентов раствора, о составе и структуре возникших на поверхности окисных пленок. Однако для изучения обратимых адсорбционных явлений на электродах эти методы не подходят. [c.80]

В последние годы были открыты два новых пути изучения поверхностных явлений. Они привели к новому взгляду на многочисленные поверхностные процессы. Одним из этих методов является инфракрасная спектроскопия адсорбированных молекул, развитая Эйшенсом с сотр. [3]. Этот метод дает непосредственные сведения о связях в адсорбированном веществе и менее непосредственную, но ценную информацию о связях между адсорбентом и адсорбатом. [c.8]

Применение инфракрасных методов к изучению поверхностных явлений. [c.243]

Как уже отмечалось выше, желательно определить коэффициенты экстинкции, для чего требуется измерить количество газа, адсорбированного на образце. Некоторые исследовате.пи использовали данные измерений в координатах давлепие — объем, определяя конечное давление после напуска в кювету небольших порций газа. Однако многие кюветы, сконструированные для изучения поверхностных явлений методом ИК-спектро-скопии, имеют такие большие объемы, что этот метод оказывается уже не точным. Количество адсорбата можно определить гравиметрически — подвешиванием диска образца па кварцевой пружине. Удлинение пружины можно измерить катетометром. [c.352]

С. 3. Рогинский [29] считает, что активированная адсорбция тесно связана с активными структурами твердого вещества и что изучение ее является вместе с те.м наиболее эффективным и простым методом познания неоднородны.х поверхностей. Исследование активированной адсорбции особо важно для выяснения различных стадий каталитических процессов, для оценки поверхностей, для генезиса катализаторов. Механизм активированной адсорбции значительно проще и доступнее, чем механизм самого катализа, и для изучения его пригодны весовые, объемные и манометрические методы. По С. 3. Рогинскому, активированная адсорбция ближе всего подходит к гетерогенному катализу и является лучшим методом изучения катализаторов и поверхностных явлений. [c.122]

Авторы ставят своей целью ознакомить читателей в основном с результатами собственных исследований полимерных жидкостей и растворов, а именно, со способами теоретического и феноменологического описания поверхностных явлений в этих жидкостях, с оригинальными методами определения их поверхностного и межфазного натяжения, плотности, взаимной растворимости и состава фаз двухфазных жидких систем. Они надеются, что книга окажется полезной тем, кто занимается изучением поверхностных явлений в полимерах и их растворах, и будут благодарны читателям, которые пришлют свои пожелания и замечания о содержании книги. [c.8]

Термодинамика поверхностных явлений, основы которой были развиты Гиббсом [1], нашла широкое применение для описания этих явлений в диэлектрических растворах и растворах электролитов. Несравненно меньше известно ее приложение к объяснению поверхностных явлений в металлических растворах. Нет сомнений, что это обстоятельство явилось следствием неизмеримо больших экспериментальных трудностей, встречающихся при изучении поверхностных явлений в металлических растворах. Однако в последнее время благодаря успешному развитию экспериментальных методов исследования, а также возможностям работать с металлами высокой чистоты, исследователям удалось систематически и вполне надежно измерить поверхностное Натяжение а двухкомпонентных металлических растворов в широком интервале концентраций и температур. Вместе с тем авторы этих работ слабо используют полученные данные для вычисления термодинамических величин, характеризующих свойства поверхностных слоев жидких металлических растворов. Это объясняется тем, что до сих пор не имеется не только теоретических, но даже экстраполяционных уравнений, которые бы вполне надежно описывали изотермы поверхностного натяжения в интервале мольных долей N от О до 1. [c.51]

Пленки химических соединений, окислов и солей, естественно, мешают изучению поверхностных явлений (окисление, коррозия и катализ). Существует много методов для их удаления с электролитически или химически полированных образцов. [c.81]

Метод вспышки относится к объемным методам изучения нестационарных процессов па поверхности адсорбента. Приведем пример использования масс-спектральной техники к изучению поверхностных явлений в стационарных условиях, когда потоки десорбируемых с поверхности частиц равны потокам адсорбируемых частиц. В этом случае пригодно, а возможно и более удобно, применение статических магнитных масс-спектрометров. [c.86]

Электрокапиллярный метод основан на изучении электрокапиллярных явлений, т. е. явлений, связанных с зависимостью обратимой поверхностной работы от потенциала электрода. Графически такая зависимость представляет собой электрокапиллярную кривую. [c.36]

Результаты измерений коэффициента поверхностного натяжения чистых жидкостей по обеим группам методов практически совпадают. В случае растворов наблюдаются значительные расхождения, которые становятся понятными после изучения адсорбционных явлений. [c.34]

Изучение физико-химических факторов, определяющих механические свойства тел и их структуру, и использование этих факторов для управления механическими свойствами, процессами образования тел с заданной структурой и свойствами — основная задача новой области науки — физико-химической механики. Эта область знания объединяет пути и методы молекулярной физики твердых тел, механики материалов и физической химии, особенно современной коллоидной химии — физико-химии поверхностных явлений и дисперсных систем. Вместе с тем развитию этой науки именно в нашей стране способствовали потребности быстро развивающейся новой техники в ряде важнейших отраслей народного хозяйства. [c.208]

Возможность применения метода дифракции медленных электронов (ДМЭ) для изучения поверхностных явлений связана с малой проникающей способностью электронов при энергиях от нескольких электронвольт до сотен электронвольт и с тем фактом, что длина электронной волны (150/В) /2 оказалась подходящей для дифракции на кристаллических решетках твердых веществ. Показано, что для электронов с энергиями не выше 250—300 эВ заметный вклад в образование дифракционной картины вносят только два и.ти три верхних слоя атомов поверхности, причем основной вклад приходится на первый монослой. Из-за малой проникающей способности электронов дифракционная картина по многим характеристикам больше похожа на картину дифракции света от двумерной решетки, чем на дифракцию рентгеновских лучей от трехмерной решетки криста.тлов. Чтобы оценить эти различия, целесообразно сравнить дифракционные картины рентгеновских лучей и ДМЭ. Для получения лауэграмм используют узкий пучок белого рентгеновского излучения, перпендикулярно падающий на монокристалл. От непрозрачного кристалла и рентгеновские лучи и медленные электроны отражаются и появляются с той же стороны криста.тла, откуда падает исходный пучок. Серии брэгговских отражений от разных рядов плоскостей в кристалле образуют дифракционную картину. Эти отражения можно получить в виде маленьких точек на фотопленке, помещенной на расстоянии неско.тьких сантиметров от кристалла нернендикулярно падающему лучу. Каждая точка соответствует брэгговскому отражению от одного ряда атомных плоскостей при одной д.тине во.тны. При несколько отличной длине волны эти плоскости не дадут отражения. Разные наборы плоскостей удовлетворяют уравнению Брэгга при различных длинах волн. Именно поэтому падающий пучок должен состоять из волн разной длины и представлять белое излучение. При применении ДМЭ благодаря преобладающему эффекту двумерной решетки [c.263]

Современные экспериментальные методы исследования и особенно изучение электрокапиллярных явлений могут дать представление о строении двойного электрического слоя. Еще в начале прошлого века было замечено, что форма поверхности ртутной капли, находящейся в растворе, зависит от сообщенного ей заряда. Если с поверхности ртути укрепленной иглой периодически снимать заряд, то капля ртути начнет совершать сложные движения. Это явление — ртутное сердце можно объяснить, если предположить, что поверхностное натяжение ртути зависит от возникновения двойного электрического слоя на металле и, следовательно, от скачка потенциала на границе фаз ртуть — раствор. Наблюдать такую зависимость очень удобно с помощью капиллярного электрометра (рис. 34), который состоит из двух ртутных электродов, сообщающихся через разбавленный раствор серной кислоты. Один из электродов — анод (ртуть в каломельном полуэлементе 4 обладает большой поверхностью и при прохождении тока практически не поляризуется), другой же электрод находится в трубке, заканчивающейся капилляром, и имеет весьма ограниченную поверхность (ртуть в капле), которая меняется [c.204]

Первые реальные успехи в этой области были достигнуты Лэнг-мюром в результате применения своеобразных методов изучения поверхностных явлений. [c.7]

Начало применению ИК-спектроскопии к исследованиям процессов на твердых поверхностяк доложил А.Н.Терени.ч в 1940 г. В период с 1955 по 1958 г. этот метод был развит американскими исследователями Шшенсом и Плискиным я с тех пор широко используется во всех современных лабораториях при изучении поверхностных явлений и каталитических процессов. [c.257]

Применяемых для этой цели методик и недостаточным изучением поверхностных явлений на границе раздела фаз наполнитель — полимер. Так, в работах [9—12] для определения температур фазовых переходов применяли динамометрические весы, в работе [13] — метод одноосного сжатия, а в работах [6, 14] — метод ДТА1 Последний при определении температур плавления наполненных кристаллических полимеров, по нашему мнению, дает более точную информацию о фазовых превращениях наполненных [c.86]

Микроминиатюризация электронных приборов зависит от развития теоретических работ по пленочным многосло11ным полупроводниковым материалам (ноли-кристаллические и эпитаксиальные пленки, вещества для повышения кпд солнечных батаре ), а также 01 изучения поверхностных явлений это поможет разработать методы очистки и стабилизации поверхности полупр ов одник ов. [c.35]

Теория масртабной инвариантности [1-4] как метод изучения критических явлений получает в последнее время все большее распространение. Она дает связь между критическими индексами различных термодинамических величин, выявляя тем самым главную особенность этих величин при приближении к критической точке. В частности, с помощью этой теории можно получить следующее выражение для критического индекса поверхностного натяжения [c.179]

В некоторых случаях, например при изучении поверхностных явлений, в частности адсорбции, или при исследовании нерастворимых твердых соединений, когда абсорбционные методы оказываются малопригодными, применяют спектры отражения. В 1961 г. Фаренфорт (1961, 1962) предложил методы нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и многократного НПВО (МНПВО), которые успешно развиваются в настоящее время в ряде лабораторий (см., например, Хансен, 1965). В обоих методах образец наносят на прозрачную подложку, имеющую высокий показатель преломления. Излучение, падающее под углом, меньшим угла полного внутреннего отражения, многократно проходит через образец. Полученные таким образом ИК-спектры напоминают серии полос поглощения. Метод позволяет измерять показатели преломления и коэффициенты поглощения и по своей эффективности значительно превосходит обычную технику съемки спектров отражения. Наибольшей чувствительностью обладает метод МНПВО, с помощью которого можно исследовать очень небольшие количества вещества. [c.69]

В 1950 г. состоялась Всесоюзная конференция по коллоидной химии, на которой большая часть докладов была посвящена проблеме структурно-механических свойств дисперсных систем. А. С. Колбанов-ская и П. А. Ребиндер определили мгновенный модуль упругости, модуль эластичности, истинную вязкость и вязкость эластичной деформации различных структур. Вместе с О. И. Лукьяновой они исследовали влияние добавок наполнителей и поверхностно-активных веществ на деформационные свойства растворов каучуков. Б, А, Догад-кин, М. И. Резниковский изучили роль межмолекулярных сил в механизме высокоэластичной деформации. Несколько работ по этому вопросу опубликовал Г. М. Бартенев. В 1950 г. Институт физической химии АН СССР выпустил сборник Новые методы физико-химических исследований поверхностных явлений , содержащий статью Б. В. Дерягина, П. А. Ребиндера Новые методы характеристики упруго-пластично-вязких свойств структурированных дисперсных систем и растворов высокополимеров . М. П. Воларович и М. Ф. Никитина исследовали вязкость дорожных битумов. Большое значение для развития физико-химической механики имел выход в свет статьи Н. В. Михайлова и П. А. Ребиндера Методы изучения структурно-механических свойств дисперсных систем . (Колл, ж., 1955, 17, 2, 105). [c.9]

Можно ожидать, что метод исследования, применимый ко всем химическим элементам, позволяющий их обнаруживать и получать информацию о структуре вещества, будет иметь большое значение и в аналитической химии. Хотя пока аналитических работ, выполненных по фотоэлектронным спектрам, относительно мало, тем не менее имеющиеся данные свидетельствуют о его больших возможностях. Так, в частности, ФЭС испытана как метод анализа поверхностей и определения структуры молекул, а УФЭС с использованием некоторой информации из ИК- и ЯМР-спектро-скопии — для изучения орбитальных взаимодействий. Понятно, что в условиях таких комплексных исследо-. ваний можно лучше изучить вещество, но это не означает, что информацию, полученную методом УФЭС, можно также получить из ИК- и ЯМР-спектроскопии или масс-спектрометрии. Развитие методики фотоэлектронной спектроскопии и совершенствование способов интерпретации спектров происходит быстрыми темпами, так что многогранность метода вскоре станет очевидной. Учитывая чувствительность метода, возможности изучения поверхностных явлений и информацию, которую ФЭС уже дает по соединениям хлора, серы и фосфора, можно с уверенностью сказать, что это спектрометрический метод большого значения. В настоящее время многих привлекает больше рентгеноэлектронное, направление метода. Однако УФЭС дешевле, имеет относительно большие возможности для развития и теоретическую опору в методе молекулярных орбиталей, поэтому оба раздела фотоэлектронной спектроскопии равно могут быть приняты на [c.131]

Тематика восемнадцати глав настоящего тома в известной мере отражает основные тенденции развития современной иммунологии. В семи главах в центре внимания находятся моноклональные антитела и антигены клеточной поверхности три главы посвящены использованию новейших достижений техники разделения биологических макромолекул и изучения поверхностных явлений в иммунологических взаимодействиях далее описаны новые, усовершенствованные варианты ряда известных экспериментальных подходов (методика гаптенизирова шых антител, выделение и клонирование Т-хелперов, определение хелперных факторов, обратный пассивный локальный гемолиз, метод лимитирующих разведений) в трех главах представлены новые методы клинической иммунологии (типирование HLA DR-антигенов, выявление антител к ДНК, оценка первичного иммунного ответа лимфоцитов человека in vitro). [c.5]

Как показали исследования И. Лангмюра [12] и В. Харкинса [13], молекулы в поверхностном слое ориентированы определенным образом относительно поверхности раздела. На основании большого экспериментального материала А. Н. Фрумкин [14] и П. А. Ребиндер [15] установили, что поверхностная активность и ориентация молекул в поверхностном слое определяется структурой последних. На поверхности раздела молекулы ориентируются таким образом, что полярные группы (—ОН, —СООН, —КНг, —ЗН и др.) направлены в сторону более полярной фазы (например, воды), неполярная часть (углеводородный радикал молекулы) — в сторону менее полярной. Связь поверхностной активности вещества со структурой молекул, с количеством и расположением полярных групп, зависимость ее от геометрических размеров лио-фобной части представляет определенные возможности для познания структуры вещества. Применение экспериментальных методов и основных положений теории поверхностных явлений к изучению молекулярно-поверхностных свойств полярных компонентов высокомолекулярной неуглеводородной части нефти в сочетании с химическими и физическими методами должны оказать существенное влияние на познание химической природы и коллоидных свойств смолисто-асфальтеновых веществ. [c.191]

Продолжается активное развитие ряда фугих направлений коллоидно-химической науки и смежных областей знания учения об аэрозолях (играющего важную роль в создании методов защиты окружающей среды от загрязнения) физикохимии электроповерхностных явлений, включая коллоидно-химические аспекты борьбы с коррозией термодинамики поверхностных явлений и фазовых равновесий в дисперсных системах, теории электрокинетргаеских и оптических свойсгв коллоидных дисперсий изучения коллоидных свойств дисперсий ВМС (включая методы получения полимерных покрытий, особенности латексной полимеризации) исследований специфических коллоидно-поверхностных эффектов в кристаллах особенностей смачивания и других поверхностных явлений в высокотемпературных системах. Энергично развивается физико-химическая механика природных дисперсных систем (глинистые минералы, уголь, торф и др.) конструкционных и строительных материалов (стали, сплавы, керамика, материалы на основе минеральных вяжущих веществ) контакта твердых поверхностей, трения, смазывающего действия. [c.14]

Свободнодисперсные системы (СДС) относятся к наиболее изученным объектам коллоидной химии. Научные основы фнзикохимии СДС и связанных с ними поверхностных явлений изложены в классических и современных курсах коллоидной химии [171...174] и других фундаментальных работах [175,176]. Однако развитие науки и техники требует формирования научных основ прикладных ответвлений коллоидной химии, от чего в значительной мере зависит решение проблем интенсификации промышленности и создания новых материалов. Хотя нефтяные системы давно изучаются коллоидной химией, комплексный и целенаправленный характер в аспекте формирования коллоидной химии и физико-химической механики нефти и нефтепродуктов эти исследования приобрели сравнительно недавно [34,51,177,178]. На данном этапе развития коллоидной химии НДС важно не только теоретическое и экспериментальное исследование основных ее проблем, но и анализ и обобщение результатов исследований состава, структуры, свойств и технологии получения нефтяных систем, выполненных с использованием методов химии и химической технологии переработки нефти и газа, с позиций коллоидной химии и физико-химической механики дисперсных систем. Это способствовало бы развитию коллоидной химии нефти и нефтепродуктов и получению новой научной информации при меньших материальных и духовных затратах. [c.85]

В последнее десятилетие, благодаря ряду принципиально новых достижений по изучению дисперсных систем, физико-химическая механика окончательно сформировалась как новая наука, объединяющая пути и методы молекулярной физики (физики твердого тела), механики материалов и физической химии, особенно современной коллоидной химии — физико-химии поверхностных явлений и дисперсных систем. Так, П. А. Ребиндером, Н. Н. Серб-Сербиной, В. А. Федотовой впервые получены полные реологические кривые стационарного течения в широком диапазоне скорости деформации для водных суспензий глин с учетом управляемости данного процесса. 3. И. Маркина исследовала механические свойства полуколлоидных растворов, влияние [c.9]

С другой стороны, тесные контакты коллоидной химии со смежными дисциплинами способствовали обогащению ее экспериментальной базы. Наряду с такими классическими методами эксперимента, родившимися именно в коллоидной химии, как определение поверхностного натяжения и двухмерного давления, ультрамикроскопия, центрифугирование, диализ и ультрафильтрацня, наблюдение разнообразных электрокинетичеоких явлений в дисперсных системах, дисперсионный анализ и порометрия, многочисленные прецизионные адсорбционные методы, изучение рассеяния света (опалесценции) и т. п., в разных разделах коллоидной химии нашли эффективное применение всевозможные спектральные методы ЯМР, ЭПР, УФ- и ИК-спектроскопия, гашение люминесценции, многократно нарушенное полное внутреннее отражение, эллипсометрия (с широким использованием лазерной техники), малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и другие рентгеновские методы, радиоактивные изотопы, все виды электронной микроскопии. Большие перспективы открывает привлечение современных физических методов исследования поверхностей с использованием медленных электронов, масс-спектроскопии вторичных ионов и т. п. [c.9]