Реферат: Термодинамика поверхностного слоя - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Термодинамика поверхностного слоя

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 1042 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Термодинамика поверхностного слоя Термодинамическая характеристика дисперсных систе м . Термодинамический метод избыточных величин Гиббса и метод «слоя конечной толщины. Дисперсной называют систему , в которой одно вещество распределено в среде другого , причем между частицами и дисперсионной средой есть граница раздела фаз . Дисперсные сист емы состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза - это частицы , распределенные в среде . Ее признаки : дисперсность и прерывистость (рис . 1.1.1.1). Дисперсионная среда - материальная среда , в которой находится дисперсная фаза . Ее признак - непрерывность . Поверхность раздела фаз характеризуется раздробленностью и гетерогенностью . Раздробленность характеризуется : 1) степенью дисперсности : , [см -1 ; м -1 ], где я S - суммарная межфазная поверхность или поверхность всех частиц дисперсной фазы ; V - объем частиц дисперсной фазы. 2) дисперсностью - величиной , обратной минимальному размеру : [ ; ]; 3) удельной поверхностью : , [м 2 /кг ; см 2 /г ]; яя где m - масса частиц дисперсной фазы. 4) кривизной поверхности : . Для частицы неправильной формы , где r 1 и r 2 - радиусы окружностей при прохождении через поверхность и нормаль к ней в данной точке двух перпендикулярных плоскостей. 5) размером тела по трем осям , причем определяющим является размер по той оси , где он минимальный . В зависимости от размеров частиц они имеют свои исторические названия (см . рис . 1.1.1.1). Лиофильные системы – в них дисперсная фаза взаимодействует с дисперсионной средой и при определенных условиях способна в ней растворяться – р астворы коллоидных ПАВ , растворы ВМС . Свободная энергия системы F < 0. F = U – TdS ; S смешения > 0; U = W к ог - W сольв , где W ког - работа когезии ; W сольв - работа сольватации. При U > 0, U < 0 TdS > U . Эта группа характеризуется малым значени ем поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Лиофобные системы – в них дисперсная фаза не способна взаимодействовать с дисперсионной средой и растворяться в ней . Для них F > 0. Диспергирование в этом случае совершается либо за счет внешней работы , либо за счет других процессов , идущих в системе спонтанно (химическая реакция ) и характеризуется высоким значением поверхностного натяжения на границе раздела фаз , что соответствует малому значению энергии сольватации. Существует две группы способов получения дисперсных систем: 1. Способы диспергирования заключаются в раздроблении тела до коллоидного состояния (мукомольное производство ). 2. Способы конденсации заключаются в укрупнении частиц , атомов , молекул до частиц коллоидн ых размеров (химическая реакция с образованием осадка ). Как уже отмечалось , на границе раздела фаз существует избыток свободной энергии . Процесс увеличения площади поверхности при постоянном объеме выводит молекулы из глубины фазы на поверхностный слой , со вершая при этом работу против межмолекулярных сил . Эта работа в изотермических условиях равна увеличению свободной поверхностной энергии . Для описания термодинамики поверхностных явлений используют два метода : 1. Метод избыточных величин Гиббса . 2. Метод слоя конечной толщины . За толщину поверхностного слоя принимаем расстояние по обе стороны границы раздела фаз , за пределами которого свойства слоя перестают отличаться от свойств фазы в объеме. Определение границы поверхн остного слоя задача очень сложная , поэтому Гиббсом предложено относить все изменения термодинамических параметров слоя разделяющей поверхности , не имеющей объема и толщины . При таком рассмотрении поверхность будет обладать избыточными термодинамическими п а раметрами , непосредственно отражающими проявление поверхностной энергии . В соответствии метода Гиббса позиция 1 на рис . 2.1.1.1 – энергия системы равна сумме энергий Гиббса объемных фаз G 1 и G 2 и поверхностной энергии Гиббса S , которая является избыточной . В методе слоя конечной толщины рассматр ивается поверхностный слой , имеющий определенные размеры (позиция на рис . 2.1.1.1). Его термодинамические параметры включают как поверхностную энергию , так и энергию объема слоя , имеющего те же с войства , что и объемная фаза . Этот метод не рассматриваем . В методе Гиббса все экстенсивные величины выражаются в виде избытков по сравнению со значением этих величин в реальных объемных фазах. Тема 2.1.2. Поверхностное натяжение. Методы измерения поверхностного натяжения. Зависимость поверхностного натяжения от температуры и концентрации. Уравнение Шишковского На образование коллоидной системы затрачивается работа А = я S , где я я коэффициент пропорциональности ; S - новая поверхн ость. Поверхностное натяжение есть частная производная от любого термодинамического потенциала по площади межфазной поверхности при постоянстве соответствующих параметров. Если проводить процесс образования новой поверхности изотермически и обратимо , то вс я работа перейдет в запас свободной энергии поверхности : A = F s , F s = S ; , [Дж /м 2 или Н /м ]. Коэффициент - поверхностное натяжение ; я - это работа , совершаемая для образования единицы новой поверхности. Поверхностное натяжение - это сила , дейст вующая на единицу длины контура , ограниченного единицей поверхности и направленная в сторону сокращения поверхности , перпендикулярно к контуру вовнутрь его . Наиболее часто используются 4 метода определения поверхностного натяжения. 1. Метод максимальног о давления в пузырьке газа (метод Ребиндера ) (рис . 2.1.2.1, а ). Основан на продавливании пузырька газа (воздуха ) под воздействием внешнего давления р через калиброванный капилляр радиусом r 0 . С увеличением давления пузырек растет , а радиус кривизны его по верхности R превышает радиус капилляра (положение 1 рис . 2.1.2.1, а : R > r 0 ). Дальнейшее увеличение объема пузырька будет происходить до тех пор , пока внутреннее давление достигнет своего максимального значения ; радиус кривизны при этом будет минимальным , т.е . R = r 0 (положение 2). В этот момент пузырек теряет устойчивость : при увеличении его объема он отрывается от капилляра . Если в момент отрыва пузырька измерить давление р , то поверхностное натяжение можно представить ; . (1) Чтобы не измерять радиус капилляра , можно определить р дл я жидкости , поверхностное натяжение которой известно (эталон , часто , вода ). Отсюда . (2) Исключив в уравнениях (1) и (2) радиус капилляра , получим выражение для определения поверхностного натяжения или где - поверхностное натяжение на границе «жидкость – газ» ; - поверхностное натяжение жидкости , принятой за стандарт (чаще – вода ); - перепад давления в пузырьке стандартной жидкости ; - перепад давления в пузырьке исследуемой жидкости. 2. Сталагмометрический метод (рис . 2.1.2.1, б ). Определяют вес капли , которая отрывается от капилляра под действием силы тяжести . Считают , что при от рыве вес капли Р к уравновешивается силой , равной произведению поверхностного натяжения и длины окружности капилляра радиусом r 0 : , (3) где k – поправо чный коэффициент , учитывающий , что отрыв капель происходит по радиусу шейки капли , который меньше радиуса самой капли. Определяют экспериментально вес капель и при помощи разработанных таблиц с учетом (3) находят . Рекомендуе тся увеличивать время формирования капли до тех пор , пока число капель станет постоянным. , где - плотность исследуемой жидкос ти ; n – число капель исследуемой жидкости ; ст , ст , n ст – значения , и n для стандартной жидкости. 3. Метод отрыва кольца (рис . 2.1.2.1, в ). Измеряют силу F , которой противодействует поверхностное натяжение жидкости , смачивающей периметр поверхности кольца. , где k – поправочный коэф фициент , учитывает , что поднимающийся при отрыве кольца столб жидкости не имеет формы правильного полого цилиндра. Метод капиллярного поднятия (рис . 2.1.2.1, г ) . В капилляре за счет смачивания образуется вогнутый мениск с радиусом кривизны r , поверхностн ое натяжение жг вызывает капиллярное давление р . Оно уравновешивается весом Р н столба жидкости высотой Н : , (4) где - краевой угол смачивания. Капиллярное давление уравновешивается весом столба Р Н жидкости высотой Н , т.е . р = Р Н . С учето м (4) и веса столба жидкости можно записать : , (5) где , 0 – плотность жидкости и газа (в оздуха ). В связи с тем , что >> 0 , плотностью газа можно пренебречь , тогда высота подъема жидкости в капилляре определяется по формуле . При полном смачивании , когда = 0 и cos = 1, имеем . - уравнение Жюрена, где – разность плотн остей жидкости и газовой фазы ; g – ускорение свободного падения ; а – капиллярная постоянная. Поверхностное натяжение индивидуальных веществ (жидкостей) монотонно убывает с возрастанием температуры. т = 0 - a T , где т - поверхностное натяжение при данной температуре ; 0 - поверхностное натяжение при стандартной температ уре ; Т - разность температур ; а - температурный коэффициент ; . Если вещество поверхностно активно , то с увеличением концентрац ии изотерма резко уменьшается (кривая 1 рис . 2.1.2.2). Это объясняется тем , что вначале вся поверхность раздела жидкой фазы свободна от поверхностно-активных веществ (ПАВ ) и небольшое его количество , присутствующее в растворе , почти целиком уходит на поверхность . Затем следует криволинейный учас ток , отвечающий средней концентрации . В этих условиях значительная часть поверхности занята молекулами поверхностно-активных веществ (ПАВ ), что снижает скорость повышения концентрации на границе раздела . Большим концентрациям на изотерме отвечает почти го р изонтальный участок (кривая 3), показывающий , что поверхностное натяжение мало зависит от концентрации . При этих условиях на границе «жидкость – воздух» образуется сплошной монослой поверхностно-активного вещества (ПАВ ), и увеличение его концентрации на г р анице невозможно в дальнейшем . При увеличении концентрации поверхностного инактивного вещества в растворе изотерма полого поднимается (кривая 2). Это объясняется тем , что поверхностные инактивные вещества благодаря высокому поверхностному натяжению и акти в ности уходят в объем , а на границе раздела «жидкость – воздух» имеются лишь сравнительно небольшие концентрации вещества , попадающего туда за счет диффузии из объема раствора . При увеличении концентрации веществ , не влияющих на поверхностное натяжение , из о терма представляет собой прямую , параллельную оси концентрации . Следует отметить , что отнесение веществ к той или иной группе зависит от природы растворителя . Одно и тоже вещество для разных растворителей может быть и поверхностно-активным веществом (ПАВ ) , и не влиять на поверхностное натяжение . Для малых и средних концентраций поверхностно-активных веществ (ПАВ ) при описании зависимости = f ( c ) используется у равнение Шишковского : , где 0 – поверхностное натяжение растворителя (Н /м ); c – концентрация поверхностно-активного веществ а (ПАВ ); А , b – константы , данные в справочнике. Уравнение Гиббса-Гельмгольца для поверхностной энергии. Полная поверхностная энергия Запишем известное из термодинамики выражение внутренней энергии для поверхности. U s = G s + T S S - уравнение полной поверхностной энергии. В этом уравнении q s = T S - теплота образования единицы поверхности в обратимом процессе. Она равна количеству теплоты, которую необходимо подвести к системе, чтобы увеличить ее поверхность на единицу при T = const . Из уравнений фазы при постоянстве всех параметров, кроме температуры, имеем: dG s = - S s dT , . Подставляя эти значения в уравнение полной поверхностной энергии , получаем : - уравнение Гиббса - Гельм гольца для поверхности. Оно связывает полную поверхностную энергию с энергией Гиббса (поверхностное натяжение ). Для гетерогенной системы изменение внутренней энергии , исходя из I и II начал термодинамики : dU =TdS – pdV + dS + i dn i + dq , где dU - изменение внутренн ей энергии ; dS - изменение энтропии ; dV - изменение объема ; Т – температура ; Р – давление ; - поверхностное натяжение ; n - число молей компонента ; dq - изменени е электрического заряда ; - химический потенциал компонентов ; - электрический потенциал компонентов ; S - межфазная поверхность. При S , V , n , q = const уравнение примет вид : dU = dS , т.е . - это изменение энтропии на единицу площади . Из уравнений видно , т.е . подтверждается , что при увеличении температуры поверхностное натяжение снижается . Если сопоставить изменение , q s , U s от температуры , получим рис . 2.1.2.3. Из графика видно , что величина U s для индивидуального вещества величи на практически постоянная т.е . U s не зависит от температуры . Для расчета зависимости = f ( T ) используются эмпирические и полуэмпирические зависимости - метод парохор , формула Этвеша. В случае твердых фаз процесс образования новой поверхности носит необрат имый характер и (поверхностное натяжение ) можно изменить только косвенным путем , например , путем расчета . Мерой количественного выражения свободной энергии является f или G . В соответствии со вторым законом термодинам ики для самопроизвольных процессов, Возможны два варианта : 1. 2. Отсюда следует , что в дисперсных системах в самопроизвольных процессах поверхность (а , следовательно , и поверхностное натяжение ) уменьшается.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
За свою жизнь я прослушал порядка 15000 альбомов, но лишь две группы сформировали меня как личность. Это, разумеется, старшая группа детского сада и гидроксильная группа этилового спирта.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Термодинамика поверхностного слоя", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru