Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Határfelületek termodinamikai tulajdonságai, határfelületi jelenségek Fázishatárok: Folyadék-gőz, folyadék-folyadék, szilárd-gáz, szilárd-folyadék (a fázisokat.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Határfelületek termodinamikai tulajdonságai, határfelületi jelenségek Fázishatárok: Folyadék-gőz, folyadék-folyadék, szilárd-gáz, szilárd-folyadék (a fázisokat."— Előadás másolata:

1 Határfelületek termodinamikai tulajdonságai, határfelületi jelenségek Fázishatárok: Folyadék-gőz, folyadék-folyadék, szilárd-gáz, szilárd-folyadék (a fázisokat alkotó szpécieszek nem elegyednek, de a fázis felületi és tömbfázisbeli molekulái, ionja folytonosan cserélődnek: dinamikus egyensúly) Határfelület: kolloid méretű diszkontinuitás, háromdimenziós térrész, fizikai tulajdonságok jelentős megváltozása (pl. sűrűség, törésmutató) Jelentőség: Határfelületi (adhéziós, nedvesedési, adszorpciós) jelenségek értelmezése, kolloid diszperziók stabilitása.

2 T áll. Mechanikai egyensúly: mg = -F F erő a felület síkjában hat és Csak l-től függ! F = γ 2l 1. definíció: A felület érintősíkjában ható összehúzóerő (mN/m) egységnyi hosszú szakaszra merőlegesen. γ = F /2l Folyadék-gáz határfelület 1. Felületi feszültség: Dupré-féle kísérlet A felületi feszültség mint erő (definíció 1):

3 A felületi feszültség mint energia (definíció 2): Legyen mg > F (infinitezimálisan nagyobb) Elmozdulásx (reverzibilis) MunkavégzésFx (izoterm) Új felület2(lx) Egységnyi felület létrehozásához szükséges munka (mJ/m 2 ): Fx/2lx = F/2l = γ izoterm, reverzibilis körülmények között: azaz a felületi feszültség felületi szabadenergia! Nem a felület teljes energiája: hőcserét nem megengedve a felület növelésekor, az lehűl. (1) és (2) alapján megadott felületi feszültség számértékben megegyezik tiszta folyadékokra.

4 A felületi feszültség eredete A felületi szpécieszek körül nem szimmetrikus az intermolekuláris kölcsönhatási burok. A szpécieszek felületre juttatása a felület növelésekor munkát igényel. A felületi feszültség értékhatárai: mJ/m 2 Benzol (20 o C) 28,9 mN/mHélium (-269,6 o C) 0,16 mN/m Víz (20 o C) 72,75 mN/mNaCl (803 o C) 114,0 mN/m Hg (20 o C) 476,0 mN/mAu (1100 o C) 1130 mN/m Korreláció az anyag kohéziójával!

5 2. A felületi feszültség hőmérsékletfüggése Tiszta folyadékokra érvényes

6 3. Görbült folyadék-fluidum határfelületek: következmények Kialakulása: szabad folyadék fázisok megjelenésekor és nem elegyedő kondenzált fázisokkal való érintkezéskor a) Kapilláris nyomás P c = P belső – P külső A nyomás a konkáv (homorú) oldalon nagyobb (szappanbuborék).

7 (- r)(+r) Hogyan függ a görbültségtől? Görbületi sugár (r), főgörbületi sugarak (r 1 és r 2 ) Gömb: P c = 2γ / r

8 Kapilláris paradoxon Mi történik és miért? Miért paradoxon? Otthoni tanulmányozásra

9 Részleges nedvesedés esetén (, peremszög): b) Kapilláris emelkedés (süllyedés) Emelkedés: nedvesítő folyadék (pl. víz és üveg) esetén Süllyedés: nem nedvesítő esetben (pl. Hg és üveg) Jelentőség: felszívódás és szárítás (pórusokban történő folyadéktranszport: talajok vízháztartása és kőolaj kihozatal) (tökéletes nedvesedés) : kapilláris belső sugara : egyensúlyi emelkedési magasság : a folyadék sűrűsége (levegőét elhanyagoljuk)

10 Hogyan helyettesíthető a folyadékfelszín görbületi sugara a kapilláris belső sugarával (r k ) Otthoni tanulmányozásra

11 c) Görbült felszínű folyadékok gőznyomása Domború folyadékfelszín felett nagyobb, homorú felett kisebb az egyensúlyi (telített) gőznyomás (P r ) mint a megfelelő sík felszín felett levő (P ∞ ). Következmények: -izoterm átdesztillálás (szilárd-folyadék analógia: izoterm átkristályosodás → kolloid rendszerek öregedése) -kapilláris kondenzáció -gőzök túltelíthetősége Hogyan függ a görbültségtől? Kelvin-egyenlet: RT ln (P r /P ∞ ) = CγV V: a folyadék moltérfogata C (kapilláris konstans): 1/r 1 + 1/r 2 Domború felszín esetén r (+), homorú esetén (-)

12 Izoterm átkristályosodás („Ostwald ripening”) Különböző méretű vízcseppek gőznyomása A kisebb méretű részecskék feloldódnak, a nagyobbak még nagyobbak lesznek! „A kondenzáció gátoltsága” Otthoni tanulmányozásra

13 4. A felületi feszültség mérésének módszerei Egyfolyadékos - kétfolyadékos Sztatikus (kapilláris emelkedés v. módosított Wilhelmy-lemezes módszer) – dinamikus (változó nagyságú határfelület: pl. maximális buboréknyomás v. oszcilláló sugár módszer) Egyensúlyi – nem egyensúlyi (a határfelületen nem kerülnek egyensúlyba, ill. nem stacionáriusak a molekuláris – adszorpciós, deszorpciós – folyamatok) Otthoni tanulmányozásra

14 Módszerek Cseppsúly v. csepptérfogat meghatározása sztalagmométerben Egy- és kétfolyadékos (Donnan-pipetta) sztalagmométerek korrekciós tényező Problémák: -nem egész csepp szakad le -az erők nem mindig függőlegesen hatnak -kapilláris nyomás lép fel  x  |  y   Függőcsepp módszer : alakanalízis (x és y) A csepp alakját a gravitációs és a felületi feszültségből származó erő együttesen határozza meg (az alak a differenciálgeometrián alapuló egyenlettel adható meg). Az egyenlet megoldás szolgáltatja a felületi feszültséget. Otthoni tanulmányozásra

15 Tenziometrikus módszerek Wilhelmy-lemezes módszer Amennyiben nem tökéletes a nedvesítés, akkor nedvesítési feszültséget mérünk. Pt-lemez (2x + 2y): peremvonal hossza G: a lemezke „súlyereje” Tökéletes nedvesítés esetén. Gyűrű-módszer (Du Nouy) (kiszakításos) Kiszakításos és módosított (Krüss) Otthoni tanulmányozásra

16 Maximális buboréknyomás (P max ) mérése (tökéletes nedvesedés) Differenciális kapilláris emelkedés módszere (tökéletes nedvesedés) Mérni csak Δh–t kell! Otthoni tanulmányozásra

17 Folyadék-folyadék határfelület Jelentőség pl. emulziók esetében γ 12 határfelületi feszültség Antonov-szabály: γ 12 = |γ 1G - γ 2G | Folyadék fázisok érintkezésekor fellépő jelenségek 1. Kontakt helyzet Otthoni tanulmányozásra

18 2. Film helyzet: terülés Spontán végbemegy, ha adhézió (1-2) nagyobb, mint a kohézió (2-2). Adhéziós munka (W a ): egységnyi felületen érintkező különnemű fázisok szétválasztása Otthoni tanulmányozásra

19 Kohéziós munka ( ): egységnyi felületen érintkező azonos fázisok szétválasztása. Otthoni tanulmányozásra

20 S 21 = Azaz a terülésnek kedvez a megszűnő felület nagy és a keletkező felületek kicsi felületi feszültsége. -Egységnyi nagyságú felületek megszűnésére és keletkezésére -Megadja a terülést kísérő szabadenergia változást Otthoni tanulmányozásra

21 Kezdeti és egyensúlyi szétterülési együttható Autofóbia: saját filmjén nem terül (pl. hexanol, olajsav) 8,9 mJ/m 2, terül -1,6 mJ/m 2 nem terül Otthoni tanulmányozásra


Letölteni ppt "Határfelületek termodinamikai tulajdonságai, határfelületi jelenségek Fázishatárok: Folyadék-gőz, folyadék-folyadék, szilárd-gáz, szilárd-folyadék (a fázisokat."

Hasonló előadás


Google Hirdetések