Пограничные слои и поверхностные явления

Когда каждая фаза представляет собой совокупность образований достаточно крупных по объему, особенности свойств весьма тонких пограничных слоев между фазами не сказываются заметно на свойствах всей системы в целом, и пограничными явлениями можно пренебречь. В приводимом ниже ( 2) выводе правила фаз свойства поверхностных слоев не учитываются. [c.348]

Однако на величину этого показателя, по-видимому, могут оказывать влияние некоторые физико-химические факторы, которые воздействуют на явления в непосредственной близости к поверхности жидкость—газ, т. е. в пограничном слое. Так, Дэвис и др. и И. А. Гильденблат и дp. обнаружили некоторое возрастание влияния Da на ki в присутствии растворимых в воде поверхностно-активных веществ. С другой стороны, по данным Ю. В. Аксельрода и др. , при нестабильности поверхностного слоя, вызванной, вероятно, градиентом поверхностного натяжения (эффект Марангони), например в случае абсорбции Oj растворами моноэтаноламина, k , может вообще не зависеть от Da- Эти явления требуют дальнейшего изучения, так как они представляют не только теоретический, но и практический интерес для анализа проблем абсорбции с химическим взаимодействием применительно к некоторым промышленно важным процессам (см. главу X). Доп. пер. [c.108]

Многие ученые пытались выяснить механизм деформаций. Было высказано предположение, что пограничные слои вообще обладают особыми свойствами поэтому каждое тело в физическом смысле необходимо разделять на пограничный слой и ядро, включая в качестве третьей составляющей среду, которая окружает данное тело. Пограничный слой подвергается одновременно воздействию сил ядра и среды п потому обладает новыми свойствами, к которым относятся явления поверхностного натяжения, адсорбции, электростатического заряда и т. д. Все это необходимо учитывать при гетерогенном катализе, [c.126]

К поверхностным явлениям относится совокупность явлений, связанных с особенностями свойств пограничных слоев между двумя соприкасающимися фазами, с наличием избыточной энергии у поверхности раздела. Эти явления могут быть разделены на две основные группы. К первой группе следует отнести явления, связанные с изменением формы поверхностей раздела (капиллярные явления, смачивание, прилипание и др.). Ко второй группе относятся адсорбционные явления, в основе которых лежит изменение состава поверхностного слоя. [c.187]

К физико-химической механике твердых тел примыкает соседняя область — физико-химическая механика жидкостей и газов. Она охватывает исследования молекулярно-поверхностных явлений, связанных с движениями в пограничных межфазных слоях, процессов диффузии и химических реакций в движущейся среде (проблемы химической гидро- и аэродинамики в более узком смысле). Сюда же следует отнести исследования процессов структурообразования в жидкостях и газах (образование взвешенных структурированных слоев в качестве фильтров при водоочистке или кипящих слоев при реакции твердых дисперсных фаз в виде взвешенных частичек). Эти вопросы уже непосредственно связаны с физико-химической механикой твердых материалов. [c.212]

Поверхностные явления можно также рассматривать с точки зрения изменений свободной поверхностной энергии. Поверхностная энергия существует на любой границе раздела фа в связи с отсутствием равновесия зарядов вокруг молекул в пограничном слое. Если жидкость смачивает поверхность, свободная поверхностная энергия самопроизвольно снижается, в результате чего выполняется определенная работа (например, происходит подъем воды в стеклянном капилляре). Создание новых поверхностей сопровождается увеличением свободной поверхностной энергии. Например, когда твердое тело разруша- [c.274]

Флотация — процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. [c.140]

Кроме ПАВ склонность к образованию межфазового барьера оказывают также неполярные растворители и коллоидные растворы, содержащие значительное количество примесей. Влияние мономолекулярных слоев неполярных растворителей, коллоидных растворов и других примесных соединений на массопередачу может быть ослаблено введением в систему небольшого количества низших спиртов или уксусной кислоты. Отмечается, что в процессах жидкостной экстракции при этом достигается значительное увеличение эффективности массопередачи [78]. Межфазовый барьер массопередаче оказывают также различные высокомолекулярные соединения, крупные молекулы которых обычно ориентируются по ходу движения потока в пограничном слое и концентрируются поэтому на границе раздела фаз. Поверхностное сопротивление массопередаче при наличии ПАВ в жидкости наблюдалось в работах [91, 92], а также при поглощении плохорастворимого газа химически активным поглотителем — в работе [93]. Более подробный анализ исследований, в которых рассмотрены поверхностные явления, связанные с межфазовым барьером, приведен в монографиях [1. 2]. [c.108]

Существование поверхностей раздела является обязательным признаком гетерогенных систем. Особые свойства и строение пограничных меж-фазных слоев, обладающих в высокодисперсных системах большой свободной поверхностной энергией, в значительной степени определяют поведение таких систем, их агрегативную и кинетическую устойчивость. Величина межфазной поверхности зависит от размера частиц дисперсной фазы — чем меньше размер частиц, тем больше удельная поверхность и тем сильнее влияние поверхностных явлений на свойства системы. [c.52]

Гетерогенность или многофазность, выступает в коллоидной химии как признак, указывающий на наличие межфазной поверхности, т. е. поверхностного слоя — основного объекта этой науки. Коллоидная наука концентрирует внимание в первую очередь на процессах и явлениях, происходящих на межфазных границах, в пограничных слоях, которые не просто определяют граничную область между фазами, но и представляют коллоидное состояние вещества. Гетерогенность — важнейший признак объектов коллоидной химии. Именно этот признак, определяю- [c.11]

Известно, что пластические свойства поликристаллических металлов в значительной степени зависят от прочности границ зерен. Пограничные слои имеют более искаженную кристаллическую решетку, так как на расположение атомов влияют силы поверхностного натяжения, поэтому пограничные слои оказывают большее сопротивление пластической деформации, чем сами зерна. Вследствие этого для мелкозернистых сплавов характерно более высокое сопротивление пластической деформации, и они разрушаются главным образом по зерну. В крупнозернистых сплавах разрушаются в основном границы зерен. Указанное выше положение подтверждается явлением возврата и существованием так называемой равнопрочной температуры, при которой прочность зерна и его границ одинакова. [c.134]

Под плавлением скрапа понимается весь комплекс тепловых и диффузионных явлений, сопровождающих этот процесс, основными из которых являются разогрев поверхностного слоя скрапа до температуры, близкой к температуре расплава, и накопление углерода в поверхностном слое в результате диффузии угаерода из расплава чугуна через пограничный слой (рис. 11.8). [c.433]

Дисперсные системы занимают промежуточное положение между гетерогенными и гомогенными. В таких образованиях при дроблении объем дисперсной фазы остается тем же, что и в массивном теле, однако поверхность соприкосновения всех частиц друг с другом или с окружающей средой резко возрастает с уменьшением размера частиц при увеличении их числа. Поэтому в дисперсных системах решающее значение приобретают особые свойства вещества в пограничных — поверхностных— слоях и так называемые поверхностные явления [102]. [c.7]

На границе раздела двух фаз можно выделить пограничный слой, так называемую поверхностную или пограничную фазу. Она обладает избытком свободной энергии по сравнению с каждой из граничащих фаз. Избыточная энергия, отнесенная к единице поверхности раздела фаз, т. е. удельная свободная энергия, называется поверхностным натяжением а и имеет размерность эрг-см или дин-см- . Часто ее рассматривают как величину, характеризующую избыток сил взаимного притяжения над силами отталкивания. Величина избыточной поверхностной энергии зависит от разности потенциалов между двумя фазами. Электрокапиллярные явления отражают связь, существующую между поверхностным натяжением и разностью потенциалов на границе двух фаз. Графически эта связь выражается в виде так называемых электро-капиллярных кривых. Впервые электрокапиллярные явления были исследованы на границе ртути и водных растворов электролитов Липпманом (1875), который использовал для этой цели сконструированный им капиллярный электрометр. В дальнейшем его исследования были продолжены Гуи (1910) и Фрумкиным (1919), а также Батлером, Крюгером, Грэмом, Парсонсом и др. [c.242]

Молекулярное прилипание частицы к пузырьку воздуха сопровождается уменьшением поверхностной. энергии пограничных слоев и возникновением сил, стремящихся уменьшить площадь соприкасания воды с частицей нефти. Прилипание обусловливается смачиванием, зависящим от поверхностных явлений, которые возникают на границе фаз. [c.592]

При рассмотрении механизма мембранного процесса за его основу следует взять явления переноса, а в качестве основного потока проницания через мембрану принять диффузионный поток. Это создает сложную картину механизма мембранного разделения, который в общем включает в себя несколько последовательно протекающих стадий (рис. 29.2). В результате при переносе вещества через мембрану будет формироваться соответствующий профиль изменения концентрации (рис. 29.3). Это приводит к осложнению процесса проницания поверхностными явлениями, связанными с переносом вещества через пограничный слой с обеих сторон мембраны. Концентрация задерживае- [c.238]

Аналогичные явления должны наблюдаться и в отсутствие ве-ш.еств. обладающих специфической адсорбируемостью, если только установление равновесия между пограничным слоем и объемом раствора при заданном потенциале не происходит мгновенно. Так. например. если поверхность ртути заряжена отрицательно, а в растворе содержатся наряду с одновалентными и поливалентные катионы, то в поверхностном слое последние находятся в относительном избытке и при сокращении поверхности близлежащие слои раствора ими обогащаются, вследствие чего при том же значении потенциала пограничное натяжение в различных частях поверхности различие. Очевидно, что текущий через раствор ток не выравнивает возникающих таким образом изменений состава раствора, которые могут выравниваться только путем диффузии, т. е. сравнительно медленно, так что получающиеся эффекты торможения могут быть весьма значительны. [c.502]

Поверхностные явления возникают на любых поверхностях раздела соприкасающихся фаз. Поверхностный слой расплавленной соли отличается по своим свойствам от ее основной массы. Это отличие заключается прежде всего в том, что поверхностный, или пограничный слой, всегда содержит избыток свободной энергии, называемый поверхностной энергией. [c.186]

Такие явления как смачивание, понижение поверхностного или межфазного натяжения связаны с процессом адсорбции поверхностно активных веществ пограничными слоями, сопровождающимся понижением свободной энергии системы. [c.228]

Адсорбция объясняется действием межмолекулярных сил и связана с особым положением и состоянием молекул, расположенных в пограничном слое. Как уже отмечалось, поле последних насыщается лишь односторонне (см. рис. 13). Ненасыщенная часть молекулярного поля позволяет частице Ь притягивать молекулы других вешеств (газообразных или растворенных). Такими веществами опыте с у1 лем были молекулы аммиака, но могли бы быть и молекулы СО2, ЗОг, красителей и т. д. В результате силовое поле поверхностно расположенных молекул насыщается. При этом выделяется тепло (адсорбция — явление экзотермическое). [c.310]

В последние годы появились работы, посвященные изучению свойств полимера в слое, граничащем с наполнителем [191 —194]. Несмотря на то что экспериментальных данных пока недостаточно для широкого обобщения, все же из анализа приведенных работ следует, что свойства пограничного, или, как его иногда называют, межфазного слоя, значительно отличаются от свойств полимера в объеме. Это относится в первую очередь к модулю упругости, который может в пограничном слое возрастать в несколько раз по сравнению с его значением в объеме. Этот эффект, вероятно, связан с поверхностными явлениями, повышающими жесткость полимера 191]. Для высоконаполненных стеклопластиков можно считать, что модуль упругости связующего в композите на 20—30% выше, чем в блочном образце [193, 194]. [c.125]

Исследованиями П. А. Ребиндера установлено, что на процесс флотации существенное влияние оказывают избыток свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также особые поверхностные явления смачивания, которые возникают в местах соприкосновения трех фаз (жидкость — газ — частица). [c.78]

Не следует думать, что образование пограничных слоев и их влияние на адгезию специфично только для полимерных адгезивов. Появление пограничных слоев характерно для многокомпонентных твердых тел [162]. Рис. 4.11 иллюстрирует явление поверхностной сегрегации, широко известное для металлических сплавов и приводящее к изменению поверхностной энергии и соответственно адгезии. В качестве примера можно привести практически важный сплав медь — алюминий (1% алюминия), в котором при нагреве до 200 °С происходит сегрегация легирующего элемента, в результате чего наружный слой сплава состоит исключительно из атомов алюминия, что и определяет свойства поверхности. [c.102]

Исследования молекулярно-поверхностных явлений в дисперсных и коллоидных системах показывают, что их свойства резко изменяются под влиянием малых добавок веществ, способных адсорбироваться на междуфазных поверхностях раздела и образовывать пограничные адсорбционные слои с своеобразными свойствами. Ввиду исключительного многообразия дисперсных и коллоидных систем, их значения в различных технологических процессах и широких возможностей регулировать эти процессы с помощью таких веществ вопросы химии поверхностноактивных соединений приобрели за последние два-три десятилетия исключительный научный и технический интерес. [c.3]

Пограничные слои и поверхностные явления [c.109]

Более интенсивное проявление свойств пограничных слоев по мере диспергирования (дробления) тела обусловлено возрастанием при этом числа поверхностных молекул по сравнению с числом молекул, находящихся внутри объема частиц. В результате с ростом дисперсности системы явления, происходящие в поверхностном слое, оказывают все большее влияние на движение воды и газа в нефтяных и газовых коллекторах. [c.165]

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]

АБЛЯЦИЯ (лат. ablatio — отнимание, отнесение) — унос массы с поверхностей твердых тел высокотемпературным скоростным газовым потоком, обтекающим эти поверхности. Абляционное разрушение поверхностного слоя твердого тела, сопровождающееся уносом массы, происходит при значительных перепадах т-ры (до сотен градусов на миллиметр слоя по глубине), является результатом комбинированного воздействия тепла (при этом твердый материал переходит в неконденси-рованное состояние), мех. сил (см. Эрозия металлов) и агрессивных сред газового потока. Кроме того, под воздействием тепла газового потока поверхность твердого тела прогревается до т-ры, при к-рой начинается унос массы. Расход тепла иа прогрев твердого тела определяется теплоемкостью и теплопроводностью материала, массой и теплофизическими свойствами газов, к-рые образуются в объеме материала и диффундируют (см. Диффузия) к поверхности, а также экзо- и эндотермическими хим. реакциями, протекающими в материале. Вдувание газовых компонентов в поверхностный слой и потери тепла (вследствие излучения, ионизации, возбуждения атомарных и мол. продуктов реакции в пограничном слое) снижают уровень теплового потока к поверхности твердого тела. Рекомбинация атомов, радикалов и ионов, образующихся в пограничном слое, окисление, происходящее при А., повышают уровень теплового потока, а следовательно, и скорость уноса массы. Пороговые значения теплового потока, при к-рых начинается А., определяются составом материала и, как правило, составляют от нескольких сот до нескольких тысяч ккал м сек. Явление А. используют при создании т. н. жертвенных материалов для теплонапряженных узлов или агрегатов космической и ракетной тех- [c.11]

Испарение и охлаждение воды с поверхности приводит к возникновению градиентов температуры и солености, что, в свою очередь, вызывает гидростатическую неустойчивость (конвекцию Рэлея) пограничного слоя. Физический механизм этого явления и особенности тонкой структуры плотностной микроконвекции в приложении к океаническим условиям описаны в работах [Гинзбург и др. 1978 1979 1981]. Однако известно, что соль, будучи поверхностно-инактивным веществом, увеличивает поверхностное натяжение на межфазной границе вода-воздух. При осолонении поверхностного слоя морской воды вследствие испарения возникающий градиент солености будет положительным и в этом случае создаются благоприятные предпосылки для развития халинно-капиллярной конвекции [Pearson, 1958]. [c.56]

Для проявления К. д, существенное значение имеет также строение пограничного слоя между клеем и подложкой, Резкая граница образуется, напр,, при склеивании металлов и др, твердых тел, В этом случае К, д. связано с физич, и (или) химич, адсорбцией макромолекул клея на твердой поверхности. Резкая граница раздела клея и подложки отсутствует, напр., при контакте термопластич. полимеров, обладающих взаимной совместимостью и растворимостью. Благодаря микроброуновскому движению при этом происходит диффузия гибких молекул высокополимера или их участков из одной фазы в другую, сопровождающаяся исчезновением резкой границы раздела и об >азованием переходного слоя с постепенным изменением состава и свойств поли.мера в этом слое. Взаимное проникновение и перенутыванпе цепных молекул способствуют унрочнению связи можду двумя различными полимерами, и адгезия пх д])уг к другу представляет уже не поверхностное, а объемное явление. Ирочность склеивания в таких системах аналогична когезионной прочности полимеров. [c.302]

С. Видно, что характер распределения внутренних напряжений является сложным и существенно различным вдоль и поперек волокон. Обращает на себя внимание и тот факт, что в отличие от характера распределения внутренних напряжений в блочных образцах, в поверхностных слоях покрытий обнаруживаются напряжения растяжения, а не сжатия. Причина этого явления, возможно, обусловлена тем, что вследствие ориентирующего влияния подложки скорость полимеризации в слоях, граничащих С подложкой, может быть больше, чем в поверхностных слоях покрытий. При иоследавании р аспределения внутренних напряжений вдоль волокон влияние бороздок древесины на распределение напряжений проявляется в меньшей степени, и в пограничных слоях покрытие — подложка наблюдаются напряжения сжатия. По мере углубления в слои древесины напряжения изменяются по более сложному закону, что обусловлено, по-видимому, разной степенью пропитки древесины пленкообразующим. [c.110]

При изучении адгезионных явлений и влияния различных факторов на величину адгезии следует учитывать, что при получении склеек на границе раздела адгезив — субстрат могут образовываться межфазные (пограничные) слои. К такому выводу приходит ряд исследователей, например Дж. Бикерман [159], Ф. Рейнхарт [124], X. Данкен [23], Дж. Мурфей [160]. Влияние этих межфазных слоев на величину адгезии может быть в некоторых случаях весьма существенным. Поверхность почти любого вещества всегда отличается (по совокупности химических и физических свойств) от свойств вещества в объеме, и чем активнее эта поверхность, тем более вероятным становится возможность ее изменения. Причинами этого могут быть атмосферные условия, например, влияние кислорода воздуха на металлы и образование на них окисных пленок, влияние влаги воздуха на стекла и образование на их поверхности гелей кремневой кислоты, атакже воздействие механических обработок. Например, на шлифованной и полированной поверхности стекол глубина измененного слоя составляет — 30 мк, как это показывают измерения коэффициентов рефракции поверхностных и глубинных слоев стекла [32]. [c.196]

Это явление ориентации макромолекул полимеров было показано Б. В. Дерягиным с сотр. [161] при изучении методом киносъемки течения тонких слоев растворов полимеров на металлических поверхностях. Было установлено, что макромолекулы поливинилацетата ориентируются на поверхности металла, образуя вторичные структуры (пачки). Это же явление ориентации молекул клеящего вещества в поверхностном (прилегающем к субстрату) слое было показано работами У. Гарди и М. Ноттед-жа [52—54]. Они исследовали граничное прилипание низкомолекулярных жидкостей и некоторых твердых веществ и установили существование латентного периода, в течение которого прочность прилипания возрастала, что объяснялось ими идущей во времени ориентацией молекул адгезива на поверхности субстрата и упрочнением вследствие этого склеивающего пограничного слоя. Исследуя некоторые клея (желатиновый, шеллачный инитроцеллюлозный), эти авторы пришли к выводу, что молекулы адгезива ориентируются на поверхности субстрата, причем степень ориентации тем больше, чем теснее удается установить контакт между адгезивом и субстратом. Степень контакта определяется смачиваемостью и наличием полярных групп в структуре адгезива, которые обусловливают прочную связь адгезива с подложкой. [c.196]

Один из важнейших результатов, который следует из расчетов Блевисса, касается исследования влияния различных аэродинамических коэффициентов переменных свойств воздуха, в частности электропроводности. Он обнаружил характерный гистерезисный эффект (см., например, рис. 17), который наблюдается при определенных уровнях температуры пограничного слоя и заключается в том, что тепловой поток и поверхностное трение становятся многозначными функциями величины приложенного поля Во- Удалось показать, что это связано с изменением электропроводности в зависимости от энтальпии в пограничном слое. Так как такое же явление наблюдается и в сжимаемом пограничном слое, то ниже, в разд. V. Б. 2, мы вернемся к его обсуждению. [c.305]

В результате в поверхностном слое пара толщиной порядка средней длины свободного пробега существует два неравных потока молекул, имеющих различную температуру (энергию). Такой слой называется кнудсеновским (по имени Кнудсена). Температура пара в этом пограничном слое в среднем отличается от температуры поверхности сублимации. Перепад температур в столь тонком слое в теории сплошных сред воспринимается как скачок. За пределами кнудсеновского слоя из-за соударения молекул температура выравнивается. Чем больше молекул пара возвращается на поверхность, тем больше скачок температуры. Это явление учитывается коэффициентом испарения (сублимации) к он представляет собой отношение числа испарившихся молекул к общему числу молекул образующегося пара. [c.147]

Поверхностными явлениями называют процессы, происходящие на границе раздела фаз и обусловленные особенностями состава и строения поверхиостного (пограничного) слоя. [c.423]

Заключение. В настоящей главе мы описали взаимодействие горячего газа в пограничном слое с твердой поверхностью и жидким подслоем на этой поверхности и показали, как можно подойти к анализу сложных одновременно протекающих при этом явлений. Влияние химических реакций в газовом слое на теплопередачу к твердой или жидкой поверхности обсуждалось в п. 3.3. Поведение оплавляющейся поверхности при больших тепловых потоках от газового слоя рассматривалось в п. 3.4. В п. 3.5 изучено обратное влияние испарения с поверхности тела на теплопередачу от газового слоя и поверхностное трение. В п. 3.6 указывается, как рассма тривать задачу о распространении тепла, которое проникает через оплавляющийся и испаряющийся слой или непосредственно передается в твердое тело. [c.95]

Перечень различных вариантов преобразователей можно было бы продолжить, но важно отметить, что со временем могут быть открыты как более эффективные способы преобразования энергии потоков в океане, так и новые гидродинамические явления, которые потребуют принципиально новых разработок. Уже сейчас можно отметить, например, энергию океанских противотечений,, скрытых толщей поверхностных вод и часто лишь достаточно тонкими пограничными слоями отделенных от поверхностных, энергию различных вихрей, возникающих в открытом океане под воздействием метеорологических возмущений и крупномасштабной гидродинамической неустойчивости в океанах. Известны даже-постоянно действующие вихри. Один из них находится в 400 км от Огасавары (Япония) в Тихом океане. Он представляет собой водоворот диаметром около 200 км, поднимающийся с глубины 3 км почти до самой поверхности. Примечательна одна из особенностей водоворота — примерно через каждые 100 дн. он изменяет направление вращения на обратное. По оценкам японских ученых удельные энергетические характеристики этого водоворота значи--тельно выше, чем у ряда океанских течений. [c.119]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология