Энергия и теплота погружения

Энергия и теплота погружения. Удельная свободная энергия, или работа (см. стр. 37) погружения р, по аналогии с энтальпией погружения в соответствии с уравнениями (1,39) и (1,51) есть разность между поверхностными натяжениями От и утж, т. е. [c.202]

Изменение удельной свободной энергии погружения можно вы- разить посредством теплоты погружения, или смачивания [c.202]

Практически в силу различных причин всегда имеет место неоднородность участков поверхности в отнощении адсорбции. Изотерма адсорбции (когда она может быть измерена) отражает происходящие специфические взаимодействия. В случае физической адсорбции энергия адсорбции часто определяется путем расчета теплот адсорбции по изотермам, измеренным при разных температурах, или прямым калориметрическим методом. При хемосорбции же может оказаться невозможным найти теплоты адсорбции ни калориметрическим способом, ни по изотермам, измеренным при разных температурах. Это бывает в случае, когда равновесие в системах адсорбат — адсорбент устанавливается в течение очень длительного времени или когда равновесные давления очень малы. Кроме того, представляющие интерес катализаторы и другие твердые тела могут быть плохими проводниками тепла и, что более важно, обнаруживать неспецифическую адсорбцию, в частности при впуске газа, если температура опыта низка и имеются участки с высокой энергией. Главным образом этими экспериментальными трудностями объясняется отсутствие важных термодинамических данных для многих систем катализатор — адсорбат. Большинство трудностей преодолевается, если использовать метод измерения теплот погружения, за исключением случаев, когда тепловые эффекты наступают медленно или когда адсорбат может быть изучен только в виде жидкости. [c.293]

Исследование распределения центров по энергиям или других поверхностных свойств порошков путем измерения зависимости теплот погружения от количества предварительно адсорбированной смачивающей жидкости. Теплоты погружения твердого тела, поверхность которого частично уже заполнена, дают возможность определить энергетическую неоднородность поверхности. Например, для исследования кислотных центров катализатора крекинга можно использовать адсорбаты различной основности и построить топографическую карту поверхностной активности. [c.295]

Поэтому, для того чтобы получить энергию адгезии, нужно, кроме теплоты погружения, знать только поверхностную энергию жидкости. [c.303]

Здесь измеряемыми величинами являются — поверхностная энергия смачивающей жидкости и к, — теплота погружения. Величина Ф определяется уравнением [c.305]

Одной из главных задач любого иммерсионного калориметрического исследования органических волокнистых материалов является определение термодинамических функций для взаимодействия первых молекул воды с функциональными группами на поверхности твердого тела. Однако подобные исследования затруднены из-за отсутствия сведений об истинной величине смоченной поверхности (особенно внутренней) и о теплотах набухания и растворения. Вероятно, для определения внутренней и внешней поверхности лучше всего использовать адсорбцию воды и азота. Теплоты растворения можно измерить непосредственно. Страус [32] нашел, что эндотермическая теплота растворения коллагена и желатины в воде составляет значительную величину от полного теплового эффекта погружения. Действительно, измеренные теплоты изменялись от экзотермических до эндотермических вблизи 50° при увеличении температуры погружения от 30 до 80°. Потенциальные теплоты набухания можно оценить из изостерических теплот, найденных как из калориметрических данных, так и по изотермам, как было показано в разделе IV, 3. Все эти факторы редко принимались во внимание работающими в данной области. В значения теплот погружения должны вноситься поправки на эффекты растворения и набухания (или следует доказать отсутствие этих эффектов) для получения правильных значений энергий или других термодинамических функций для адсорбции или абсорбционных процессов. [c.311]

В сравнении с определением теплот погружения прямые калориметрические измерения теплот адсорбции менее точны, хотя они и менее трудоемки. Отсутствие точности может быть вызвано плохой проводимостью неметаллических адсорбентов, когда для адсорбции паров требуется большое время для установления равновесия или когда заполнение участков поверхности не соответствует строго распределению адсорбционных центров по энергии. Следует ожидать, что атомы или молекулы при наличии сильной хемосорбции будут прилипать к той части поверхности, [c.322]

При погружении в жидкость тонко измельченного, не растворимого в ней твердого тела часто наблюдается заметное повышение температуры, вызываемое тем, что при смачивании исчезает поверхность раздела твердое тело — воздух с высоким значением свободной поверхностной энергии и возникает поверхность раздела твердое тело — жидкость с относительно низким значением свободной энергии. Теплота смачивания жидкостью 1 см поверхности твердого тела выражается следующим уравнением [c.258]

Течение процесса теплогенерации в зоне технологического процесса определяется при автогенном режиме потенциальными энергетическими возможностями сырьевых материалов и быстротой взаимодействия материала и реагента (окислителя). При топливном режиме потенциальные возможности теоретически неограничены и определяются расходом топлива на единицу материала. Однако при низких значениях теплового эквивалента топлива расход топлива становится столь большим, что применение топливного режима становится нецелесообразным по экономическим соображениям или даже невозможным. Например, метан имеет теплоту полного сгорания около 800 МДж/моль. Если мы по методу погруженного сжигания используем метан как топливо в ванне расплавленного никеля при температуре 1600 "С, то по формуле (36) можно получить предельное значение коэффициента использования топлива т]к.и.т 0,625. Это означает, что 62,5% химической энергии метана мо-жет быть использовано для нагрева никелевой ванны. Сделав тот же расчет для ванны расплавленной стали при 1600°С, учтя, что водород окисляться не будет, а углерод окислится только до СО, получим возможную теплоту сгорания метана в жидкой стали 36 МДж/моль. [c.47]

При изучении характера поверхности порошкообразных или пористых материалов измерение угла смачивания 0 затруднительно, поэтому используют другие характеристики процесса смачивания. Например, можно количественно определить калориметрическим методом теплоту смачивания, которая выделяется при погружении твердого вещества в жидкость. Теплоту смачивания обычно относят к единице поверхности или массы смачиваемого вещества и выражают в Дж/м или Дж/кг. Смачивание твердой поверхности жидкостью приводит к образованию новой фазовой границы твердое тело — жидкость вместо исходной границы раздела твердое тело — воздух и сопровождается уменьшением поверхностной энергии Гиббса. Теплота смачивания равна изменению полной поверхностной энергии 1 кг твердого вещества при перенесении его из воздуха в жидкость и связана с изменением поверхностной энергии уравнением Гиббса—Гельмгольца [c.314]

При насыщении паром на поверхности адсорбента образуется адсорбционная пленка, наружная поверхность которой, достаточно удаленная от поверхности твердого тела, обладает свойствами поверхности нормальной жидкости, т. е. соответствующими величинами поверхностного натяжения Og и полной поверхностной энергии Sg. При погружении в жидкость эта наружная поверхность двухсторонней пленки исчезает, что приводит к выделению теплоты смачивания (в эргах на 1 г) [c.176]

Из определения теплот реакции можно вычислить величины энергий отдельных связей, которые иногда могут быть использованы при обсуждении вопроса о строении молекул. Пример такого использования приведен при рассмотрении структуры бензола на стр. 126. Большая часть термохимических данных получается из теплот сгорания. Их находят сжиганием навески образца соединения в кислородной бомбе, погруженной в калориметр. Подъем температуры измеряют обычно с помощью платинового термометра сопротивления и сравнивают с величиной, полученной при сжигании в возможно более [c.369]

Используя эту модель, можно объяснить и электропроводность металлов, если допустить для них структуру (рис. 33.3) из несколько раздвинутых (по сравнению с плотнейшей упаковкой) положительных ионов, погруженных в газ (облако) из делокализованных валентных электронов, занимающих молекулярные орбитали кристалла. Такая структура допускает не только скольжение положительных ионов в электронном газе с минимальным механическим сопротивлением, но и свободное течение электронов среди положительных понов при минимальном электрическом сопротивлении. Кроме того, теплота (кинетическая энергия) будет быстро переноситься в кристалле с помощью делокализованных электронов, обусловливая высокую теплопроводность металлов. [c.99]

Разработанный мною метод измерения скрытой теплоты испарения чистых жидкостей и растворов основан на следующих соображениях. Представим себе, что через жидкость проходит непрерывная струя сухого воздуха. Вследствие испарения температура жидкости все время будет падать. Если в то же время подогревать ее электрическим током, проходящим через погруженную в нее металлическую спираль, то в случае равенства сообщаемого и теряемого количества теплоты первоначальная температура жидкости останется неизменной. Поэтому, определив количество электрической энергии, компенсирующее потерю испарением, и массу сгущенных паров, мы имеем все данные для расчета скрытой теплоты испарения изучаемой жидкости, будь она чистая или смесь нескольких тел. [c.223]

Тепло, выделяющееся или поглощающееся при химических реакциях, называется тепловым эффектом, или просто теплотой реакции. Эту величину с большой точностью измеряют с помощью приборов, называемых калориметрами. В наиболее простом калориметре реакцию проводят в замкнутом сосуде, погруженном в воду, повышение или понижение температуры которой регистрируется чувствительным термометром. Например, теплоту горения определяют с помощью стальной бомбы, в которой находится кислород под давлением 25 ат и сжигаемое вещество. Горение вызывается пропусканием слабого электрического тока, нагревающего это вещество. М. В. Ломоносов определил теплоту горения угля, помещая в воду глиняный горшок с углем, продуваемым воздухом, и измеряя повышение температуры воды. Большинство реакций происходит при постоянном (атмосферном) давлении. Согласно уравнению (П-6) ( р=АЯ, т. е. тепловой эффект равен изменению энтальпии. Если при реакции тепло выделяется, то энергия, или энтальпия всех участвующих в ней веществ уменьшается и, следовательно, величина АЯ отрицательна. Реакции, происходящие с выделением тепла, называются экзотермическими (—АЯ), а с поглощением — эндотермическими (+АЯ). [c.35]

Эффекты смачивания твердых тел жидкостями в известной степени могут характеризоваться теплотой смачивания (погружения) [2, 10, 45—49]. Погружение в жидкость нерастворимого в ней твердого тела обычно сопровождается выделением теплоты, что вызвано появлением вместо поверхности раздела твердое тело — воздух, обладающей высоким значением свободной поверхностной энергии, поверхности раздела твердое тело — жидкость с относительно низким значением свободной энергии. Выделение теплоты вследствие изменения свободной энергии при смачивании отчетливо наблюдается, если твердое тело имеет высокоразвитую поверхность (тонко измельченный порошок). [c.29]

Думанский и сотрудники [35] изучали крахмал, желатину, агар, стеарат натрия, целлюлозу, системы силикагель — вода и обнаружили, что тепло, выделяющееся благодаря взаимодействию воды с твердым телом в процессе погружения, приблизи-тельно постоянно оно не зависит от природы твердого тела и равно приблизительно — 80 кал на 1 г воды. Эта величина является по существу интегральной энергией адсорбции для данного количества воды, из чего следует, что теплоты набухания и растворения взаимно компенсируются или очень малы при используемой температуре погружения. Это постоянное значение теплоты нельзя использовать для оценки энергии взаимодействия первых молекул воды с функциональными группами рассматриваемых веществ, поскольку подобные взаимодействия маскируются при сравнении энергий адсорбции в случае максимального (полимолекулярного [33]) покрытия. [c.312]

Метод определения удельной поверхности по теплоте смачивания. При погружении порошка, поверхность которого покрыта монослоем из молекул жидкости, в избыток той же жидкости, выделяется теплота Q за счет реализации свободной поверхностной энергии границы жидкость — воздух Ев, причем количество теплоты пропорционально удельной поверхности порошка 5уд и может быть рассчитано по формуле [c.72]

Для характеристики, активных и неактивных твердых веществ может быть применено измерение и ряда других параметров. В настоящей работе с этой целью используется определение теплот смачивания. Так называется теплота, выделяющаяся при погружении твердого вещества в жидкость. Ее следовало бы относить к единице поверхности, но, вследствие сложности определения последней, теплоту смачивания часто относят к 1 г твердого вещества. Теплота смачивания представляет собой уменьшение полной поверхностной энергии 1 г твердого вещества при погружении его в жидкость (из воздуха или из вакуума). Она связана с удельной поверхностной энергией и удельной свободной поверхностной энергией следующим уравнением [c.79]

Теплоты погружения обычно представляют малые экзотермические величины, близкие по порядку к теплотам адсорбции, но они имеют весьма существенное значение. Так, теплота погружения в воду чистого полярного твердого вещества с высокой поверхностной энергией, например нерастворимой неорганической соли, взаимодействующей физически, может составлять —400 эрг/см . Эта энергия для чистого неполярного твердого вещества с низкой энергией, например графита, составляет —30 эрг1см . Тепловой эффект меньше, чем полная поверхностная энергия твердого тела, но данные величины связаны между собой теплота погружения также имеет связь с энергией адгезии. Эта взаимосвязь будет рассмотрена в разделе III. [c.294]

Значения теплот погружения даны в табл. 1 для различных твердых тел, начиная с тефлона, имеющего низкую поверхностную энергию, и кончая СаРд и Т10г — веществами с высокой поверхностной энергией. Гидрофобные вещества характеризуются более высокими значениями теплот погружения в органические жидкости по сравнению с теплотами погружения в воду обратная картина наблюдается для гидрофильных веществ. Теплоты погружения могут служить непосредственной мерой смачиваемости, хотя применение этого метода требует известной осмотрительности. Хемосорбция воды или органической смачивающей жидкости, так же как спекание или другие структурные изменения, происходящие во время приготовления образца, является фактором, который нужно учитывать при сравнении смачиваемости твердых поверхностей. Даже при отсутствии таких усложняющих факторов на основании измерения теплоты погружения можно сделать неправильные выводы. Например, опыты по адсорбции азота и воды [15] показывают, что поверхность аэросила (тонкий порошок 8102) преимущественно гидрофобна, в то время [c.301]

Сравнение данных по адсорбции воды и азота приводит к выводу, что тефлон, т. е. политетрафторэтилен, имеет большее число полярных участков на единицу площади поверхности и каждый из них имеет более высокий адсорбционный потенциал по отношению к воде, чем гидрофильные участки на графоне [23]. С другой стороны, как данные по теплотам погружения, так и значения контактных углов, приведенные в табл. I, определенно указывают, что тефлон является наиболее гидрофобным из упомянутых двух твердых тел. Очевидно, что химическая природа неполярных участков поверхности гораздо больше влияет на величину смачиваемости поверхности этих твердых тел, чем редкие полярные участки. Большинство гидрофобных поверхностей или поверхностей с низкой энергией содержат такие активные центры, которые существенно влияют на свойства поверхности и ее практическое применение. Например, Севедж показал [24], что смазывающая способность графита сильно возрастает при адсорбции воды на этих изолированных участках поверхности. Подобным же образом непригодность тефлона в качестве органофобного покрытия для лопастей краскосмесителя объясняется, вероятно, такими же участками. [c.308]

В идеальном случае калориметрическое исследование поверхностных свойств глинистых минералов требует использования тщательно охарактеризованных, фракционированных моноион-ных образцов, для которых имеются адсорбционные данные. Для набухающих глин типа бентонита необходимо располагать дополнительными сведениями о величинах внутренней и внешней поверхностей, а также данными о энергиях набухания, Ксо-жалению, такие подробные исследования не были проведены и не был также разработан какой-либо метод для количественного измерения эндотермических теплот набухания. В отличие от большинства природных органических волокон, энергия набухания бентонита из штата Вайоминг [30] достаточно велика, чтобы повлиять на форму кривой для теплоты погружения, как показано на рис. 1,г, но величину набухания нельзя вычесть [c.309]

В то время как значения интегральной теплоты не отражают сильного набухания для этих двух веществ, как это имеет место в случае бентонита, дифференциальные теплоты и энтропии указывают, что этот процесс имеет место. Первые молекулы воды проникают между волокнами, и они ответственны за большую часть энергии набухания. Полимолекулярная адсорбция вызывает дальнейшее межмолекулярное набухание и в конечном счете межмицеллярное набухание. Кривая теплоты погружения на рис, 1, является типичной для кривых, полученных Моррисоном [33], Кенед ки [34], Думанским и другими [35] для аналогичных твердых тел. [c.311]

В отличие от полярных твердых тел теплоты погружения гидрофобных веществ в монозамещенные парафины и неполярные жидкости отличаются незначительно [47]. Такие данные для погружения в различные жидкости образцов графита, специально обработанных для удаления поверхностных окислов, приведены в табл. 5. Значения теплот для образцов 1 и 2 были получены Бартеллом и Саггитом [5]. Были измерены также значения теплот [48] и свободных энергий [14]. погружения образцов графита с незаполненной поверхностью и поверхностью, покрытой монослоем соответствующей жидкости (образец 3). Значения теплот трех различных образцов графита хорощо согласуются между собою. [c.316]

Измерения тепловых эффектов производят в калориметрах различных типов. Например, для определения теплоты сгорания твердых или жидких веществ используют так называемую калориметрическую бомбу. Измерение производят путем сожжения исследуемого вещества в избытке кислорода при повышенном давлении в герметически закрытом металлическом цилиндре, погруженном в воду. Найденная таким способом теплота является изо-хорной теплотой сгорания. Она представляет собой изменение внутренней энергии систшы А(У при реакции (гл. И, стр. 27). [c.49]

Теплота смачивания связана с изменением свободной энергии при смачивании уравнением Гиббса-Гельмгольца. При погружении в жидкость одного грамма твёрдого тела с площадью чистой поверхности в 5 см , доступной для адсорбции, уменьшение свободной энергии равно —Ттж), где тв—поверхностное натяжение чистой твёр- [c.269]

В результате реакции, протекающей, скажем, при погружении цннка в раствор u l, химическое взаимодействие не сопровождается выделением электрической энергии, а только выделением теплоты, хотя такой процесс также является электрохимическим. [c.10]

Для определения смачиваюш,ей способности поверхностноактивными веществами гидрофобных поверхностей. Например, порошкообразный графит, имеющий очень низкую теплоту смачивания водой, дает большие тепловые эффекты при погружении в растворы поверхностно-активных веществ. Чтобы получить непосредственно энергии взаимодействия, следует учитывать теплоты разбавления и демицеллирования. [c.296]

Дистилляция начинается в перегонном кубе. Горячие пары нафетой бражки поднимаются вверх через колпак по лебединой шее и спускаются в резервуар, где погруженный в жидкость трубопровод для паров подводит скрытую и явную теплоту к сла-бофадусному спирту. Нагретое содержимое резевуара под действием горячих паров из перегонного куба поднимается по трубам ректификатора. Путем регулирования подвода энергии и подачи воды в ректификатор и конденсирующее устройство можно контролировать качество получаемого спирта. Температура воды в ректификаторе поддерживается на уровне 45-50 С. Пары, потерявшие часть своей энергии, со всеми допустимыми побочными продуктами конденсируются и выходят в виде головных погонов, слабофадусного спирта, спирта и хвостовых погонов. [c.348]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология