Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Fluid-fluid határfelületek, a felületi feszültség Kondenzált fázsokban a molekulák közt rövid távú vonzó kölcsönhatások lépnek fel: - diszperziós (van.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Fluid-fluid határfelületek, a felületi feszültség Kondenzált fázsokban a molekulák közt rövid távú vonzó kölcsönhatások lépnek fel: - diszperziós (van."— Előadás másolata:

1

2 Fluid-fluid határfelületek, a felületi feszültség Kondenzált fázsokban a molekulák közt rövid távú vonzó kölcsönhatások lépnek fel: - diszperziós (van der Waals) vonzás (pl. CCl 4, alkánok...) - dipól-dipól kölcsönhatás (pl. aceton, acetonitril...) - hidrogénhídkötések (pl. víz, alkoholok...) - fémes kötés (pl. higany) A tömbfázis belsejében ezek a vonzóerők izotrópan hatnak a molekulákra kondenzált/gáz határfelületen viszont a vonzás a fázis belseje felé hat A felületen lenni extra energiát igényel (a részecske „lemond” a vonzó kölcsönhatások egy részéről) Ezért a magára hagyott csepp gömb alakot vesz fel (minimalizálja a felületét)

3 Extra felületi szabadenergia jellemzése: felületi feszültség Definíció: Egységnyi felület létrehozásához szükséges izoterm, reverzibilis munka, ill. ennek differenciális változása: Folyadék/folyadék határfelület: a részecskékre ható erő a felületen aszimmetrikus, a felületi feszültség a két folyadékra jellemző érték közé esik A felületen lenni extra energiát igényel (a részecske „lemond” a vonzó kölcsönhatások egy részéről) Felületi szabadenergia: Felületi erők típusa szerint a felületi feszültség tagokra bontható (pl. víz esetén van der Waals és hidrogénhídkötéses járulékra) Antonov szabály:

4

5

6

7

8

9

10 Felületi feszültség mérése: - kapillárisemelkedés módszere: Felhúzott folyadékoszlop súlya: Felületi feszültségből származó erő: Egyensúlyban: Innen

11 - kiszakításos módszerek: adott alakú testnek a folyadékból való kiszakításához szükséges erőt mérjük gyűrű:  : korrekciós tényező (tapasztalati) (nem pont függőleges az erő, a kihúzott folyadék bonyolult alakja...) Felületi feszültség mérése:

12 - kiszakításos módszerek: adott alakú testnek a folyadékból való kiszakításához szükséges erőt mérjük Wilhelmy lemez:  időbeni változásának mérése: a Wilhelmy lemez állandó bemerülési magasságon tartásához szükséges erőt mérjük Felületi feszültség mérése:

13 - csepptömeg módszer: kapilláris végéről leszakadó csepp tömegét mérjük, ebből határozzuk meg  -t:  : korrekciós tényező (tapasztalati) (nem pont függőleges az erő, nem az egész csepp szakad ki...) - csepptérfogat módszer: (folyadék-folyadék határfelületek) csepp térfogatából számítjuk ki a tömegét

14 Felületi feszültség mérése: - csepprofil analízis: ülő vagy függő csepp alakjából következtetünk  értékére cseppalak és  közt egy differenciálegyenlet teremt kapcsolatot ahol H az S=d s /d e alakfaktorból számítható az említett differenciálegyenlet alapján

15 Felületi feszültség mérése: - forgó csepp módszer: (folyadék-folyadék határfelületek) a kisebb sűrűségű folyadék cseppje deformálódik a nagyobb sűrűségű folyadékban forgatás hatására Alacsony hatátfelületi feszültség mérésére ideális r m : a csepp mért átmérője

16 Görbült határfelületek

17

18

19 oldékonyság

20

21

22 Oldatok felületi feszültsége

23

24

25 Felületi feszültség hőmérsékletfüggése Eötvös törvény: k E Eötvös állandó T krit kritikus hőmérséklet ”ideális” eset eltérés: - asszociálódó molekulák - határfelületen orientációs rendezettséget mutató molekulák Eötvös törvény csak azon hőmérséklet fölött érvényes, ahol ez az asszociáció ill. orientációs rendezettség megszűnik

26 Tekintsük a felületet matematikai síknak. Ekkor a válasz függ attól, hogy ez az elválasztó sík pontosan hol helyezkedik el. Ha az elválasztó sík helye X 0, akkor a felületi többlet : Az elválasztó síkot úgy célszerű megválasztani, hogy az oldószer (víz) felületi többlete éppen 0 legyen (Gibbs-féle elválasztó felület): A felületi többletet is célszerű az X G Gibbs-féle elválasztó felületre vonatkoztatni: ez az úgynevezett Gibbs-féle felületi többlet. A Gibbs-féle elválasztó felület és a Gibbs felületi többlet Egy vizes oldatban az oldott (felületaktív) molekula feldúsol a felületen. Kérdés: mi a molekula tömbfázishoz viszonyított többletkoncentrációja a felületen? ahol  A ill  B az adott komponens sűrűsége az A ill. B tömbfázisban.

27 Az oldat felületi feszültsége és az oldott anyag Gibbs-féle felületi többlete között a Gibbs egyenlet teremt kapcsolatot

28 Formálisan : a két egyenletet kivonva egymásból: Ha T és p állandó, akkor Ha a rendszerünk pedig két komponensű (A: oldószer, B: oldott anyag) akkor Ha a határfelület éppen az X G Gibbs-féle elválasztó felület, akkor  A = 0, és így Mivel, így A Gibbs egyenlet levezetése ugyanakkor azaz, tehát átrendezve, vagy híg oldat esetén a Gibbs egyenlet

29 Olajat cseppentünk a víz felszínére. Kérdés: Milyen alakot vesz fel az olaj? A következő három lehetőség egyike valósul meg: Szétterülési jelenségek 3.) Monomolekuláris filmként szétterül, a feleslegben lévő olaj cseppként visszamarad 1.) Lencse (csepp) alakú marad (nem terül szét) 2.) Duplex filmként szétterül (a duplex film olyan vékony film, melynek azért még két, egymástól független határfelülete – víz/olaj ill. levegő/olaj – van). víz levegő olaj

30 Olajat cseppentünk a víz felszínére. Kérdés: Milyen alakot vesz fel az olaj? A következő három lehetőség egyike valósul meg: Szétterülési jelenségek 3.) Monomolekuláris filmként szétterül, a feleslegben lévő olaj cseppként visszamarad 1.) Lencse (csepp) alakú marad (nem terül szét) 2.) Duplex filmként szétterül (a duplex film olyan vékony film, melynek azért még két, egymástól független határfelülete – víz/olaj ill. levegő/olaj – van). Ha az olajcsepp által elfoglalt terület dA-val megnő, akkor a felületi szabadenergia változása ahol S az úgynevezett szétterülési együttható: S=  V -(  O +  OV ) S 0)nem terül szét S > 0 (dF f < 0)spontán szétterül

31

32

33

34 OlajS / mN mKövetkeztetés n-hexadekán-9.3vízen nem terül szét n-oktán+0.2tiszta vízen szétterül 1-oktanol+36.8szennyezett vízen is szétterül Ilyenkor megindul a szétterülés, majd egy idő után leáll. Ekkor a víz felszíne monomolekulás rétegben borított az olajjal, a maradék olaj pedig lencsét alkot Példák: Szennyezések hatása: általában csökkentik  értékét a levegővel vett határfelületen víz szennyeződése: S-t csökkenti, szétterülést gátolja olaj szennyeződése: S-t növeli, szétterülést segíti S=  V -(  O +  OV ) Pl. 1-hexanol esetén - tiszta folyadékokra:  V =72.8 mN/m,  O =24.8 mN/m, S = +41.2mN/m szétterül - kölcsönösen telített folyadékokra:  V =28.5 mN/m,  O =24.7 mN/m, S = -3.0mN/m nem terül szét A felületi feszültséget, és így a szétterülést is befolyásolja a víz és az olaj egymásban való oldódása. A másik fázisba beoldódott molekulák a fázis felületén feldúsulnak (adszorbeálódnak), és így a levegőre vonatkoztatott felületi feszültséget csökkentik, ez a jelenség  V esetén sokkal jelentősebb

35

36

37


Letölteni ppt "Fluid-fluid határfelületek, a felületi feszültség Kondenzált fázsokban a molekulák közt rövid távú vonzó kölcsönhatások lépnek fel: - diszperziós (van."

Hasonló előadás


Google Hirdetések