Силы межмолекулярного взаимодействия на поверхностях раздела

Первичной стадией элементарного каталитического акта в гетерогенном катализе является адсорбция реагирующих молекул из газовой фазы или из раствора на поверхности катализатора. Адсорбцией называется процесс самопроизвольного изменения концентрации вещества на границе раздела фаз. Различают два вида адсорбции физическую адсорбцию и хемосорбцию (химическую адсорбцию). Физическая адсорбция обусловливается силами межмолекулярного взаимодействия, возникающими между молекулами (атомами) твердой фазы, находящимися на поверхности, и молеку- [c.637]

Силы межмолекулярного взаимодействия на поверхностях раздела [c.242]

Адгезия характеризует взаимное притяжение частиц различных тел в области их соприкосновения (на поверхности раздела), обусловленное силами межмолекулярного взаимодействия между этими телами. Адгезией объясняется слипание различных тел, а также и смачивание. [c.31]

Существование избытка (сгущения) свободной энергии на границе раздела фаз в поверхностном слое может быть доказано различными способами. Так, равнодействующая сил взаимодействия молекулы в глубине жидкой фазы с окружающими молекулами равна нулю — вследствие симметрии силового поля. На границе раздела с газом, силы межмолекулярного взаимодействия с жидкой фазой больше, чем с газообразной поэтому равнодействующая сил направлена нормально к поверхности в сторону жидкой [c.50]

Для хроматографии полимеров могут использоваться обычные нормально- или обращенно-фазовые, либо ионообменные процессы, основанные на связывании разделяемых молекул с поверхностью силами межмолекулярного взаимодействия. Примером такого подхода может служить обращенно-фазовая хроматография белков, позволяющая разделять компоненты, различающиеся балансом гидрофобных и гидрофильных свойств. Закономерности таких разновидностей хроматографии в общем напоминают наблюдаемые при разделении низкомолекулярных веществ. Главной- специфической особенностью является использование сорбентов с, большим средним диаметром пор — до 50 нм вместо 6—10 нм. В то же время упомянутые виды хроматографии малоселективны по отношению к родственным в химическом отношении полимерам, различающимся молекулярными массами. [c.332]

Измерять неоднородности следует всегда так же, как и толщину граничных слоев на поверхности раздела двух макроскопических фаз, т. е. по направлению наибольшего изменения полей сил межмолекулярного взаимодействия. Развернутые ленты или волокна толщиной менее 26 могут при известных обстоятельствах рассматриваться как отдельные поверхностные фазы, но их невозможно считать частицами отдельной объемной фазы, какова бы ни была длина этих образований. [c.38]

Ввиду того, что дисперсные системы имеют сильно развитую поверхность раздела фаз, их свойства существенно зависят от свойств поверхностного слоя. Поверхностный слой находится в особых условиях и поэтому обладает иными свойствами по сравнению с остальной частью системы. Причина различия заключается в том, что молекулы поверхностного слоя по-разному взаимодействуют с молекулами каждой фазы, так как фазы отличаются либо природой, либо агрегатным состоянием. Поэтому равнодействующая сил, действующих на молекулы поверхностного слоя, не равна нулю и направлена в сторону той фазы, с которой поверхностный слой взаимодействует сильнее. Для молекул, удаленных от поверхностного слоя, т.е. расположенных в объеме, равнодействующая межмолекулярных сил близка к нулю, так как они со всех сторон окружены одинаковыми молекулами. [c.5]

Состояние термодинамического равновесия тела характеризуется минимумом свободной энергии (термодинамического потенциала), который достигается благодаря полному насыщению сил межмолекулярного взаимодействия. На границе раздела тела с воздухом (или вакуумом) существует некоторый избыток свободной энергии, возникновение которого обусловлено нескомпенсированным межмолекулярным взаимодействием вследствие меньшего (по сравнению с объемом) числа ближайших соседей у молекул, находящихся на границе раздела. Поскольку для образования двух новых поверхностей раздела необходимо преодолеть сопротивление сил межмолекулярного сцепления, величина удельной (в расчете на единицу площади) свободной поверхностной энергии тела, т. е. поверхностное натяжение у, численно равна половине энергии когезии 2 = Согласно эмпирическому уравнению Бачинского — Маклеода, [c.215]

При растворении в растворителе других составных частей раствора они вообще принимают агрегатное состояние растворителя, т. е. становятся составной частью жидкого или твердого раствора независимо от того, в каком агрегатном состоянии они сами были до растворения. Молекулы растворяемого вещества равномерно распределяются между молекулами растворителя и растворы являются гомогенными системами они обладают одинаковым составом во всех своих частях. При рассмотрении жидких растворов приходится учитывать действие интенсивных межмолекулярных сил притяжения, препятствующих проникновению молекул на поверхность раздела фаз и удалению их из раствора, т. е. их испарению. Концентрация пара над жидкостью или давление пара зависит от количества молекул, выходящих наружу через поверхность жидкости. Равновесное давление насыщенного пара соответствует состоянию системы, когда из жидкости в пар над ней выходит столько же молекул, какое поступает обратно или конденсируется на поверхности жидкости извне. Давление пара является, следовательно, мерой числа молекул, выходящих из жидкости через единицу поверхности за единицу времени. Различия в летучести жидкостей при данной температуре и давлении определяются исключительно величиной сил межмолекулярного взаимодействия в жид-коста. [c.79]

Частицы (молекулы и ионы) во внутренних слоях вещества испытывают в среднем одинаковое со стороны окружающих частиц притяжение (рис. 11.1). Частицы же у поверхности подвергаются неодинаковому притяжению со стороны как внутренних слоев вещества, так и граничащей с ним среды. Так как межмолекулярное взаимодействие в среде сильнее, то равнодействующая сила притяжения будет направлена нормально к поверхности в сторону среды, т. е. в сторону жидкой фазы, если это жидкость и газ. При увеличении площади поверхностей раздела путем дробления мы выводим частицы из [c.37]

Межмолекулярное взаимодействие отличается от химического небольшими энергиями (от долей кДж/моль до 15—20 кДж/моль, тогда как энергии химических связей, например ковалентной связи, 150—400 кДж/моль), отсутствием специфичности и насыщаемости, проявляется на сравнительно больших расстояниях (порядка 0,4—0,7 нм). Силы Ван-дер-Ваальса действуют при сжижении газов, их кристаллизации, физической адсорбции (поглощение газов и жидкостей поверхностями раздела без образования химических поверхностных соединений) и т. д. [c.125]

Существование избытка (сгущения) свободной энергии на границе раздела фаз в поверхностном слое может быть доказано различными способами. Так, средние во времени значения равнодействующей сил взаимодействия молекулы в глубине жидкой фазы с окружающими молекулами равны нулю — вследствие симметрии силового поля. На границе раздела с газом силы взаимодействия поверхностных молекул с жидкой фазой больше, чем с газообразной, поэтому равнодействующая сил направлена нормально к поверхности в сторону жидкой фазы. Процесс увеличения площади поверхности (при постоянном объеме) выводит молекулы из объемной фазы в поверхностный слой, совершая при этом работу против межмолекулярных сил. Эта работа в изотермических условиях равна увеличению свободной поверхностной энергии. Точно так же к увеличению свободной энергии приводит работа разрыва связей при дроблении твердых тел, сопровождающаяся увеличением поверхности раздела. Подобные выводы об увеличении свободной энергии с ростом площади поверхности могут быть обобщены для любой границы раздела фаз. [c.45]

Вблизи поверхности раздела фаз величины для различных ионов меняются от значений, соответствующих объему одной фазы, до значений, характерных для объема другой фазы. Это приводит к перераспределению ионов между объемами фаз и поверхностью, так что зависимость ф(л ) приобретает более сложный характер по сравнению с моделью Гельмгольца. Обычно рассматривают величину потенциала фо поверхности твердой фазы относительно дисперсионной среды в простейшем случае (если в твердой фазе нет преимущественного концентрирования ионов одного знака у поверхности) эта величина равна разности потенциалов между фазами ф. Абсолютное значение величины фо также не может быть определено экспериментально. Как и в объеме фаз, поведение ионов вблизи поверхности раздела обусловливается тремя факторами, определяющими строение двойного слоя межмолекулярными силами (т. е. специфическими адсорбционными взаимодействиями ионов с поверхностью раздела фаз), электростатическими взаимодействиями ионов с заряженной поверхностью и друг с другом, а также тепловым движением ионов. [c.177]

Вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды на поверхности раздела фаз взаимодействуют друг с другом за счет межмолекулярных сил. В зависимости от природы веществ эти взаимодействия могут быть различны. Если силы взаимодействия велики, то на поверхности дисперсной фазы образуется прочная сольватная оболочка, способствующая, как и при образовании истинных растворов, уменьшению взаимодействия между частицами диспергируемой фазы и тем самым переходу ее в раствор в виде золя. [c.108]

Как уже отмечалось, межмолекулярные силы имеют малый радиус действия. Однако по ряду причин силы взаимодействия с поверхностью раздела могут простираться на довольно большое расстояние. Предполагается [1], что наблюдаемые эффекты Дальнодействия связаны с возмущениями, передаваемыми ог [c.89]

Как говорилось, ПАВ характеризуются двойственностью свойств, связанной с асимметрией структуры их молекул, причем влияние этих противоположных асимметрично локализованных в молекуле свойств может проявиться как раздельно, так и одновременно [2]. Так, ПАВ обладают большой способностью к адсорбции, сопровождающейся ориентацией на поверхности водного раствора в результате уменьшения свободной энергии системы. Адсорбция углеводородных цепей на поверхности раздела вода — воздух вызывается большими силами когезии между молекулами воды, на поверхности же раздела углеводород — воздух адсорбция ПАВ отрицательна, за исключением случая фторуглеродных соединений, которые обладают меньшими межмолекулярными силами взаимодействия, чем углеводороды. С этими же свойствами связана способность ПАВ понижать поверхностное и межфазное натяжение растворов и вызывать эффективное эмульгирование, смачивание, диспергирование и пенообразование [2]. [c.13]

Однако такой традиционный подход для адгезионных соединений не является исчерпывающим. Существование границы раздела в адгезионных соединениях и молекулярных сил взаимодействия между соединяемыми материалами вносит специфику в поведение адгезионных соединений. С одной стороны, это проявляется в хорошо известном факте, что даже в случае шероховатых и пористых субстратов (когда проявляется механический эффект) прочность адгезионного соединения может быть невысокой нри отсутствии интенсивного молекулярного взаимодействия адгезива с субстратом, и, наоборот, адгезионная прочность может быть чрезвычайно высокой и при отсутствии механического заклинивания и зацепления адгезива в порах и неровностях поверхности субстрата, если имеется интенсивное межмолекулярное взаимодействие соединяемых материалов. С другой стороны, молекулярное взаимодействие адгезива с субстратом приводит к существенному изменению механизма деформации адгезива, выявляет скрытые потенциальные возможности полимера и таким образом воздействует на прочность адгезионного соединения. Несомненно, исчерпывающий анализ проблем механики адгезионных соедине ний и основ адгезионной прочности должен служить темой специального исследования. [c.204]

В жидкости молекулы находятся на малых расстояниях друг от друга и силы межмолекулярного взаимодействия весьма значительны, что создает очень большое внутреннее когезионное давление (долгое время жидкость считали несжимаемой), увеличивает вязкость жидкостей при течении и создает поверхностное натяжение на границе раздела жидкость — пар. Поверхностное- натяжение обусловливает форму жидкостей жидкость в состоянии невесомости принимает форму идеального шара (максимальный объем при минимальной поверхности). Значения вязкости и поверхностного натяжения для поЛ5[р-ных и неполярных жидкостей приведены в табл. 28. [c.97]

Приведенные выше термодинамические соотношения справедливы для однородных объемных фаз, в которых все одинаковые частицы находятся под действием одинаковых сил. Это уравнение не соблюдается вблизи границы раздела фаз (межфазной поверхности). Вследствие различия силовых полей молекул в сосуществующих объемных фазах на границе между ними действуют специфические силы, обусловленные межмолекулярным взаимодействием. Поэтому вблизи границы молекулы занимают ориентированное положение — адсорбируются на поверхности. В растворах на поверхности раздела фаз преимущественно адсорбируются молекулы с несимметричными силовыми полями. В результате этого вблизи границы образуются поверхностные фазы, в которых дополнительно действуют неуравновешенные молекулярные силы. По составу и энергетическому состоянию эти фазы отличаются от объемных фаз. Толщина поверхностных фаз весьма мала и оценивается величиной порядка десятка размеров молекул. Однако в ряде технологических процессов различие свойств объемных и поверхностных фаз играет важную роль и эффективно используется. [c.48]

I верхности твердых и жидких тел называется адсорб-, цией. Хотя прочность связи молекул среды (адсорбата) с поверхностью твердого тела (адсорбентом) сильно изменяется от системы к системе, равно как и количество адсорбированного вещества, тем не менее все случаи сорбции можно разделить на два основных типа физическую адсорбцию и химическую (хемосорбцию). Между этими двумя типами адсорбции существует достаточно четкое различие. Физическая адсорбция вызывается силами межмолекулярного взаимодействия. Поэтому ее часто называют также вандерваальсовой адсорбцией. Химическая адсорбция сопровождается образованием на поверхности твердого тела поверхностных химических соединений. Природа хемосорбционной связи идентична природе аналогичных связей в химических соединениях, однако специфика поверхности может существенно влиять на характер связи и распределение электронов во взаимодействующих атомах. [c.27]

Поверхностное натяжение характеризует различие молекулярных взаимодействий в обеих фазах, образующих поверхность раздела, а в случае границы-жидкость — пар вдали от критической темпера-1<уры — молекулярные силы сцепления в данной фазе, т. е. работу когезии = 2а. Поэтому наибольшими значениями поверхностного натяжения обладают жидкости и твердые тела с наиболее прочными межмолекулярными связями. [c.65]

Сварка полимерных материалов — один из методов создания неразъемного соединения элементов конструкции. В результате С. между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела, превращаясь в размытый переходный слой. Прочность соединения обусловливают возникающие в этом слое силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия. В случае С. линейных или разветвленных полимеров (термопластов и термоэластопластов) переходный слой образуется в результате диффузии макромолекул полимера, к-рая возможна при переходе полимера в вязкотекучее состояние. Последнее реализуется при нагревании свариваемых материалов или при действии на них растворителя. В соответствии с этим различают диффузионную тепловую С. и диффузионную С. с помощью растворителя. Прочное сварное соединение лестничных или трехмерных полимеров, к-рые невозможно перевести в расплав или р-р, м. б. образовано при химич. взаимодействии макромолекул между собой или с введенным в зону С. сшивающим агентом. Такой способ создания соединения наз. химической С. Его используют также для С. нек-рых кристаллич. или ориентированных термопластов, когда стремятся в максимальной степени предотвратить нарушение структуры свариваемых материалов. [c.186]

В реальных условиях устойчивость коллоидных систем играет громадную роль. Она зависит от сроков и условий их транс-лортирования, хранения, переработки. Изменения структуры коллоидных систем, приводящие к их разрушению, в различных условиях различны и зависят от соотношения и природы сил, действующих между диспергированными частицами. Это могут быть силы сцепления и силы отталкивания. Силы сцепления обычно проявляются при наличии межмолекулярного взаимодействия. Они сильно возрастают при сближении частиц, вызывая их слияние, коагуляцию. Поэгому устойчивость коллоидных систем резко снижается при увеличении концентрации. Отталкивание частиц друг от друга происходи г по нескольким причинам. Большое значение имеет электростатическое отталкивание частиц, имеющих одинаковый электрический заряд. Сближению частиц препятствует также образование на поверхности раздела сольватных оболочек, состоящих из молекул дисперсионной среды, поверхностно-активных веществ, играющих роль эмульгаторов, стабилизаторов, часто специально вводимых в коллоидные системы, и т. п.- Подбором рецептуры, способов приготовления, хранения и переработки коллоидных полимерных систем добиваются значительного повышения их устойчивости. [c.415]

На границе раздела жидкости с собственным паром или с воздухом силы межмолекулярного взаимодействия оказываются существенно большими со стороны жидкости. Поверхностная молекула испытывает одностороннее притяжение со стороны жидкости, втягивающее ее внутрь жидкости. В общем случае равнодействующая сил межмолекулярного взаимодействия поверхностных молекул перпендикулярна поверхности раздела и направлена в сторону фазы с более интенсивным мелсмолеку-лярным взаимодействием. Эта сила, отнесенная к единице площади поверхности раздела, носит название внутреннего давления и является важной характеристикой жидкости. Как правило, внутреннее давление тем больше, чем выше полярность вещества. Втягивая поверхностные молекулы внутрь фазы, внутреннее давление стремится уменьшить поверхность до ми- [c.187]

Адсорбцией является концентрация газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз, т. е. в нашем случае - на поверхности металла. Адсорбщ1я бывает физическая, обусловленная силами межмолекулярного взаимодействия (си-24 [c.24]

Как мы видели при рассмотрении метода избыточных величин Гиббса, плотности энергии fa и /р. являющиеся в объеме фаз постоянными, вблизи поверхности раздела фаз возрастают под действием энергии взаимодействия фаз или в результате нескомпенси-рованности межмолекулярных сил в поверхностном слое. Таким образом, переход от энергетического уровня а-фазы /а к энергетическому уровню р-фазы /р соверщается через энергетический барьер, отвечающий поверхностным избыткам (площадь языка соответствует поверхностным избыткам 5 — сгущению энергии в поверхностном слое). [c.67]

При сближении двух тел до расстояний, сопоставимых с дальностью действия межмолекулярных сил, между ними возникают поверхностные силы взаимодействия, которые действуют лишь в сфере молекулярного поля и на расстояниях от поверхности раздела, превышающих радиус этой сферы, равны нулю. Эти силы, являющиеся следствием ненасыщенности межмолекулярных сил на поверхности фаз и зависящие от природы когезионных сил в фазах, всегда выступают как силы притяжения. Ненасыщен-ность межмолекулярного взаимодействия на внешней поверхности частицы приводит к образованию избыточной поверхностной энергии между фазами. Наличие определенного избытка свободной энергии, сосредоточенной в поверхностньге слоях на границе раздела фаз и пропорциональной этой поверхности, обусловливает стремление любых дисперсных систем занять минимальную поверхность раздела фаз. Следствием такого свойства дисперсных систем является стремление в изотермических условиях жидких частиц к коалесценции и твердых частиц к агрегированию, сопровождающихся понижением свободной поверхностной энергии пропорционально убыли поверхности. Термодинамически поверхностную энергию можно характеризовать через уравнение для внутренней энергии и=Р+Тз. Применительно к процессу образования новой поверхности и есть поверхностная энергия, Р - свободная энергия образования поверхности и Тз - тепловой эффект процесса, где 8 = с1Р МТ - температурный коэффициент свободной энергии образования поверхности. Известно, что внутренняя энергия системы является результатом взаимодействия частиц и их кинетической энергии. В изотермических процессах определяемая температурой кинетическая энергия частиц остается постоянной, поэтому все изменения внутренней [c.93]

Особенностью дисперсных систем является наличие большой межфазной поверхности. Молекулы, находящиеся на поверхности раздела фаз, вследствие нескомпенси-рованности действующих ва них сил, обладают повышенной энергией. Мерой поверхностной энергии является поверхностное натяжение (а), равное термодинамически обратимой изотермической работе, которую необходимо затратить для увеличения площади межфазной поверхности на единицу. Чем сильнее различаются межмолекулярные взаимодействия в граничапщх фазах, тем больше поверхностное натяжение. [c.23]

Предположим, что имеется поверхность раздела. эдиюсти и её насыщенного пара (рис. I). Каждая молекула, расположенная внутри жидкооти, равномерно окружена сеседними молекулами. Поэтому силы их межмолекулярного взаимодействия распределены симметрично, равнодействующая этих сил равна нутпо. [c.4]

Твердые тела и жидкости обладают поверхностями раздела с соседними фазами. Как было указано выше, состояние молекул вещества в объеме фазы и в поверхностном слое не одинаково. Основное различие состоит в том, что поверхностный слой молекул твердого тела или жидкости обладает избытком энергии Гиббса в сравнении с молекулами объемной фазы. Наличие поверхностной энергии Гиббса обусловлено неполной компенсированностью межмолекулярных сил притяжения у молекул поверхностного слоя вследствие их слабого взаимодействия с граничащей фазой. [c.303]

Рассмотренные в предыдущих главах закономерности поверхностных явлений в одно- и двухкомпонентных системах на границах раздела конденсированных фаз с собственным паром (или воздухом) во многом приложимы и к границам раздела между двумя конденсированными фазами I— двумя жидкостями, жидкостью и твердой фазой или двумя твердыми фазами. В то же время эти границы имеют и ряд особенностей, связанных прежде всего с тем, что в них межмолекулярные взаимодействия частично скомпенсированы, причем степень насыщения поверхностных сил определяется близостью молекулярной природы контактирующих фаз. Адсорбция ПАВ на таких межфазных поверхностях может очень сильно понижать их поверхностную энергию, что имеет принципиальное значение в связи с рассматриваемой в гл. IV, VIII—X ролью ПАВ в образовании и разрушении дисперсных систем. [c.81]

Важнейшую роль в понимании механизма удерживания з обращенно-фазовой хроматографии сыграли работы Хорвата и его школы [201—203]. Суть теории Хорвата заключается в следующем. Существует принципиальное различие между процессами сорбции на полярных поверхностях из относительно неполярных растворителей ( нормально-фазовый режим ) и сорбции из воды либо сильнополярных растворителей на поверхностях неполярных (обращенно-фазовый режим). В первом случае между молекулами сорбатов и неподвижных фаз образуются ассоциаты за счет кулоновских взаимодействий или водородных связей. Во втором случае причиной ассоциации на поверхности являются так называемые сольвофобные- взаимодействия в подвижной фазе. Для полярных подвижных фаз, в особенности содержащих воду, характерно сильное кулоновское взаимодействие и образование водородных связей между молекулами растворителей. Все молекулы в таких растворителях связаны довольно прочно межмолекулярными силами. Для того чтобы поместить в эту среду молекулу сорбата, необходимо образование полости м.ежду молекулами растворителя. Энергетические затраты на образованиё такой полости лишь частично покрываются за счет взаимодействия полярных групп в молекуле сорбата с полярными молекулами растворителя. В аналогичном положении по отношению к растворителю находятся и неполярные молекулы неподвижной фазы. С энергетической точки зрения более выгодно такое положение, когда поверхность раздела между полярной средой (растворителем) и неполярными фрагментами неподвижной фазы и молекул сорбата минимальна. Уменьшение этой поверхности и достигается при сорбции (рис. 4.1). [c.52]

Избыток энергии в поверхностном слое, отнесенный к единице поверхности и обусловленный различием межмолекулярных взаимодействий в обеих фазах, называется удельной поверхностной энергией [1, с. 18 2 3] или, для кратности, просто поверхностной энергией 7. Поверхностную энергию часто определяют как работу в изотермическом обратимом процессе образования единйды площади поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, которая совершается против молекулярных сил сцепления [1—7]. Согласно уравнению Гиббса—Гельмгольца [2] поверхностная энергия (точнее, свободная удельная поверхностная энергия V) является составляющей полной удельной поверхностной энергии С7 [c.53]

Имеется множество доказательств того, что поверхностные явления связаны с силами, действующими меледу атомами и молекулами, и в частности с асимметрией, или разбалансом, этих сил на поверхности раздела. Поэтому расчеты поверхностной энергии твердых тел основываются на функции потенциалыной энергии взаимодействия между атомами, равной интегралу силы взаимодействия по расстоянию. Аналогичным образом рассчитывается поверхностная энергия жидкостей, только теперь вместо модельной кристаллической решетки используется радиальная функция распределения (разд. П-2Б). Качественно ориентация частиц на поверхностях жидкостей (разд. 11-3) также определяется межмолекулярными силами. Большая часть данной главы посвящена преимущественно электростатическим силам, возникающим прн взаимодействии ионов. [c.246]

Следует отметить, что для анализа гидродинамической устойчивости тонких пленок используют два подхода [156]. Если исходят из расклинивающего давления, то в качестве дополнительного давления учитывают эффекты дальнодействующих межмолекулярных сил. Если за основу берется объемная сила, то в уравнения динамики пленки вводятся дально-действующие и близкодействующие межмолекулярные силы. Считается, что удобнее использовать первый подход, так как в этом случае не требуется знание точных законов межмолекулярного взаимодействия. Второй подход целесообразнее применять для поверхностей раздела произвольной формы. Пользуясь этим подходом, можно получить близкие результаты при очень малых амплитудах волн. [c.32]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология