2015-06-05
5842
Знак «+» в уравнении Томсона (Кельвина) для выпуклой поверхности:
и 
. (2.47)
Из уравнений (2.47) следует, что при положительной кривизне (выпуклая поверхность) давление насыщенного пара будет больше, чем над плоской поверхностью и тем больше, чем меньше радиус кривизны.
Конденсация паров будет происходить при большем давлении, чем над плоской поверхностью. Таким образом, чем меньше радиус выпуклой поверхности (поверхность капли жидкости), тем больше равновесное давление ее насыщенного пара над поверхностью.
Давление пара над мелкими каплями жидкости будет всегда больше, чем над крупными. Разность давлений будет вызывать перенос молекул пара от мелких капель к крупным с последующей конденсацией испаренной массы. Этот процесс приводит к увеличению объема больших капель за счет исчезновения маленьких и называется изотермической перегонкой. Процесс изотермической перегонки является причиной выпадения атмосферных осадков (дождя) – высокодисперсные капли воды, составляющие облака и туманы, укрупняются в процессе изотермической перегонки, образуя капли дождя. Конденсация пара в промышленных центрах происходит на частицах твердой фазы (пыли, смога), поэтому количество осадков над городами всегда больше, чем среднее значение для данной местности.
|
|
|
Примеры процессов изотермической перегонки в природе: образование сталактитов и сталагмитов, образование вторичных рудных месторождений.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Что такое поверхностное натяжение? От чего зависит величина поверхностного натяжения?
2. Приведите примеры межмолекулярных и межфазных взаимодействий. Какие уравнения используются для их количественной оценки?
3. В чем особенность искривленной поверхности раздела фаз?
4. Что такое капиллярная конденсация и изотермическая перегонка?
Глава 3
АДСОРБЦИЯ
3.1. Основные понятия и определения
Как было показано, поверхностная энергия стремится самопроизвольно уменьшиться. Это выражается в уменьшении межфазной поверхности или поверхностного натяжения:
.
К явлениям, происходящим вследствие стремления к самопроизвольному снижению поверхностного натяжения, относится адсорбция.
На любой границе раздела существует так называемый «поверхностный слой» – переходная область от одной объемной фазы к другой. Поверхностный слой имеет очень малую толщину (всего несколько молекул), но в нем сосредоточен весь избыток поверхностной энергии и массы вещества
Адсорбция – процесссамопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемной фазой.
В однокомпонентных системах при формировании поверхностного слоя происходит изменение его структуры (сгущение, уплотнение), которые часто называют автоадсорбцией. В многокомпонентных системах при перераспределении компонентов в поверхностный слой предпочтительнее переходит тот компонент, который сильнее уменьшает межфазное (поверхностное) натяжение.
|
|
|
Если поглощаемое вещество диффундирует вглубь поглотителя и распределяется по всему объему, такое явление называют абсорбцией (поглощение объемом).
Адсорбент (поглотитель) – вещество, на поверхности которого идет адсорбция.
Адсорбат – вещество, которое адсорбируется на поверхности адсорбента (перераспределяется на границе раздела фаз).
Адсорбтив – вещество, находящееся в объемной фазе, способное к адсорбции.
С термодинамической точки зрения адсорбция – самопроизвольный процесс выравнивания химических потенциалов в объеме системы и межфазном (поверхностном) слое. Этот процесс происходит вследствие стремления к минимуму поверхностной энергии или энергии Гиббса системы.
