Зависимость поверхностного натяжения от природы вещества и температуры

Поверхностное натяжение веществ зависит от его природы и температуры.

С увеличением температуры значение поверхностного натяжения снижается и при температуре, близкой к критической, становится равным нулю.

Аналитическая форма зависимости поверхностного натяжения от температуры представлена уравнением

σ_{T 2}= σ_{T 1}– γT,

где σ_T2,σ_T1 − поверхностное натяжение при температуре Т2 и Т1; γ - температурный коэффициент поверхностного натяжения (его величина для различных жидкостей лежит в пределах 0,002-0,04.

Особенности поверхностного слоя

На границе раздела фаз, например, на поверхности жидкости, молекула испытывает неодинаковое притяжение со стороны каждой из фаз. На границе «жидкость — воздух» притяжение будет сильнее со стороны жидкости, и молекула будет «втягиваться» внутрь жидкости. В любом случае силы, действующие на молекулу, находящуюся на границе раздела фаз, не уравновешены. Равнодействующая сил притяжения перпендикулярна границе раздела фаз и, как правило, направлена в сторону более полярной фазы.

Таким образом, молекула на границе раздела фаз обладает избытком энергии (положительным или отрицательным) по сравнению с молекулой в объеме; следовательно, вся поверхность раздела фаз обладает избытком энергии по сравнению с объемом фазы. Поэтому поверхностную энергию часто называют избыточной.

Поверхностная энергия — результат нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия в соседних фазах.

Полную избыточную поверхностную энергию всей дисперсной системы G можно выразить через удельную поверхностную энергию о и площадь границы раздела фаз:

размерность: [Дж] = [Дж/м²[*[м²].

Методы определения поверхностного натяжения

Существующие методы определения поверхностного натяжения делятся на три группы: статические, полустатические и динамические.

Статическими методами определяется поверхностное натяжение практически неподвижных поверхностей, образованных задолго до начала измерений и поэтому находящихся в равновесии с объемом жидкости. К этим методам относится метод капиллярного поднятия и метод лежащей или висящей капли (пузырька).

Динамические методы основаны на том, что некоторые виды механических воздействий на жидкость сопровождаются периодическими растяжениями и сжатиями ее поверхности, на которые влияет поверхностное натяжение. Этими методами определяется неравновесное значение s. К динамическим методам относятся методы капиллярных волн и колеблющейся струи.

Полустатическими называются методы определения поверхностного натяжения границы раздела фаз, возникающей и периодически обновляемой в процессе измерения (метод максимального давления пузырька и сталагмометрический метод), а также методы отрыва кольца и втягивания пластины. Эти методы позволяют определить равновесное значение поверхностного натяжения, если измерения производятся в таких условиях, что время, в течение которого происходит формирование поверхности раздела, значительно больше времени установления равновесия в системе.

Седиментационная и агрегативная устойчивости эмульсий. Методы стабилизации эмульсий. Строение мицелл. Синтетические поверхностно-активные вещества и их применение в нефтедобывающей промышленности. Солюбилизация.

Если взять примерно одинаковое количество масла и воды и механическим путем, например, при перемешивании, приготовить эмульсию, то после этого произойдет быстрое расслоение. Мелкие капли эмульгированной жидкости будут сливаться в более крупные - т.е. система стремится уменьшить свободную энергию за счет уменьшения поверхности раздела фаз.

Седиментационная устойчивость – это способность дисперсной системы сохранять неизменным во времени распределение частиц по всему объѐму системы, т.е. способность системы противостоять действию силы тяжести.

Под агрегативной устойчивостью понимают способность системы сохранять межфазную поверхность и соответственно поверхностную энергию границ раздела частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой. Агрегативная устойчивость определяется способностью НДС противодействовать процессам, ведущим к уменьшению межфазной поверхности, а именно, процессам изотермического укрупнения малых частиц, коалесценции и коагуляции.

Методы стабилизации дисперсных систем:

1) Адсорбция ПАВ:

Первый механизм заключается в уменьшении удельный поверхностной энергии, чем ниже поверхностное натяжение, тем меньше избыточная поверхностная энергия дисперсной системы, т.е. тем меньше отклонение от термодинамически равновесия.

Второй механизм – образование защитных оболочек из ПАВ возле поверхности дисперсных частиц, которые препятствуют процессам коагуляции и коалесценции.

Третий механизм – способность плёнок растворов ПАВ сопротивляться из растяжению и утоньшению

2) Вязкое сопротивление дисперсионной среды – для повышения устойчивости ДС следует увеличивать вязкость дисперсионной среды.

Строение мицелл.

В каждой молекуле длинный гидрофобный радикал связан с полярной (гидрофильной) группой. При образовании мицеллы молекулы объединяются так, что гидрофобные радикалы образуют ядро (внутреннюю область), а гидрофильные группы — поверхностный слой мицеллы. Минимальную концентрацию поверхностно-активных веществ в растворе, при которой в системе образуются устойчивые мицеллы, находящиеся в равновесии с неассоциированными молекулами поверхностно-активного вещества, называют критической концентрацией мицеллообразования. Если дисперсионной средой является органическая жидкость, ориентация молекул в мицелле может быть обратной: ядро содержит полярные группы, а гидрофобные радикалы обращены во внешнюю фазу (обратная мицелла)[3]. частицы в коллоидных системах, состоящие из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окружённого стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя

СПАВ

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ)-—группа химических соединений, присутствие которых в сточных водах особенно угрожает санитарному состоянию водоемов и резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений. Появляются СПАВ в сточных водах в результате широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов. Наибольшее применение СПАВ находят в нефтяной и текстильной промышленности. В бытовых моющих средствах содержание активного агента (СПАВ) достигает 20—30%.