Презентация "Термодинамические характеристики поверхности" по химии – проект, доклад

Термодинамические характеристики поверхности в однокомпонентных системах

σ = ε - η Т η = -dσ/dT ε = σ -T(dσ/dT) Аналог уравнения Гиббса - Гельмгольца

ε - избыток полной поверхностной энергии η – избыток энтропии в поверхностном слое

Поверхностная энергия и межмолекулярные взаимодействия в однокомпонентных системах

WK = 2σ WK ≈ nsZs|u11| σ = 1/2 WK ≈ 1/2 nsZs|u11| ns ≈ νM -2/3 = (Vm/NA)-2/3 Правило Стефана

νM объем одной молекулы

f" σ =k1(fm - f ') δ К = σ/δ = k1(fm - f ')

К - средняя плотность избытка энергии Дж/м3 (или недостатка энергии сцепления) в поверхностном слое

K ~ E ~ Рид ~ Нсубл/ Vm ~ σ/b ~|pT,max| где рT тах - максимальное значение тангенциального давления в поверхностном слое.

U – потенциал Леннарда-Джонса

ориентационное взаимодействие взаимодействие двух постоянных диполей; 2.индукционное взаимодействие взаимодействие диполя с неполярной молекулой; 3. дисперсионное взаимодействие двух неполярных молекул.

где А11 — константа Гамакера (Дж), которая зависит от числа молекул п в единице объема взаимодействующих фаз, поляризуемости α молекул и энергии ионизации hν0 (h - постоянная Планка; ν0 — характеристическая частота колебаний зарядов):

σ = σd + σn (по Фоуксу)

Можно разделить поверхностную энергию на дисперсионную σd и недисперсионную σn составляющие

σгз удельная свободная энергия границы зерен

Поверхности раздела между конденсированными фазами в двухкомпонентных системах

вода - фенол вода - этиламин вода - никотин

Wа= σ1 + σ2 - σ12

А* = АА + АВ - 2ААВ сложна константа Гамакера

Согласно Ф. Фоуксу, Л. Джерифалко и Р. Гуду

σ12= σ1 - σ2 Правило Антонова

Wa= σ1 + σ2 - σ12 = 2 σ2 = WK(2)

Смачивание и растекание

σТГ = σТЖ + σЖГ cos θ Уравнение Юнга

краевой угол острый: θ 0 - смачивание поверхности жидкостью; краевой угол тупой: θ > 90°, т. е. cos θ

Заменяя σЖГ на работу когезии WK = 2 σЖГ

Несмачиванию отвечает условие Wa WK

Избирательное смачивание

β = НВ/НМ

Для гидрофильных поверхностей β > 1 Для гидрофобных поверхностей β

Капиллярное давление. Закон Лапласа.

Δpc = ±(pr - p0) dG= pcdV + σdS

При термодинамическом равновесии фаз изменение энергии Гиббса: ΔG = 0; отсюда получаем

– кривизна поверхности

Уравнение Лапласа

где р' и р" — плотности жидкости и ее насыщенного пара (или воздуха); g- ускорение силы тяжести; Н- высота подъема жидкости.

r= ro/cosθ Формула Жюрена

Уравнение Томсона (Кельвина)

Δμ҆ = Δμ"

Δμ' – приращение химпотенциале в жидкости Δμ" -приращение химпотенциале в паре

Уравнение Гиббса-Фрейндлиха-Оствальда