Поверхностные явления

Июль 28, 2022

Главная
Физика
Поверхностные явления

Содержание

2. Поверхностные явления – те эффекты и особенности поведения веществ, которые наблюдаются на поверхности раздела фаз.
3. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение В объеме жидкости результирующая сила действия на молекулу равна нулю. В
4. Физический смысл поверхностного натяжения Энергетическая трактовка: поверхностное натяжение равно работе, затраченной на образование единицы поверхности: ,
5. Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости в свободном падении принимает сферическую форму.
6. Факторы, влияющие на поверхностное натяжение 1) Температура С увеличением температуры σ уменьшается. Температура, при которой поверхностное
7. 3) Природа и концентрация растворенных веществ По влиянию на поверхностное натяжение какой-то определенной жидкости все вещества
8. ПИВ являются неорганические вещества (электролиты). Ионы хорошо гидратируются, поэтому они интенсивно втягиваются в глубину раствора и
9. Строение молекул ПАВ ПАВ являются органические вещества дифильного строения, т.е. их молекулы содержат полярную (гидрофильную) и
10. Молекулы ПАВ самопроизвольно ориентируются на поверхности раздела фаз. Ирвинг Ленгмюр 1881 – 1957 Нобелевская премия по
11. В результате уменьшается ΔП для соседних фаз, что, по правилу Ребиндера, приводит к снижению σ. После
13. Поверхностная активность Количественной мерой способности ПАВ понижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз служит поверхностная активность
14. Правило Дюкло – Траубе: в рядах предельных жирных кислот и спиртов при удлинении цепи на одну
15. аБсорбция - самопроизвольный процесс поглощения вещества (абсорбтива) всем объемом абсорбента аДсорбция - самопроизвольный процесс накопления вещества
16. Адсорбция на подвижных границах (жидкость – газ; жидкость – жидкость) Величину адсорбции в растворах можно определить
17. Изотерма адсорбции Гиббса Уравнение, описывающее зависимость между адсорбцией и концентрацией вещества называется изотермой адсорбции. Уравнение адсорбции
18. Адсорбция на неподвижных границах (твердое тело – газ; твердое тело – раствор) Причиной адсорбции на твердых
19. Физическая адсорбция (ФАд) возникает за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий и происходит на активных центрах (во впадинах поверхности).
20. Количественно адсорбция (Г) на подвижной и неподвижной границах раздела описывается уравнением Ленгмюра. где Г∞ – предельная
21. Адсорбция газов на твердой поверхности Зависит от: 1) природы поверхности: неполярные (гидрофобные) – сажа, актив. уголь,
22. 3) природы поглощаемого газа или пара. Лучше адсорбируется тот компонент, который легче сжижается. 3) сродства. Полярные
23. Отличие от адсорбции газов – это конкуренции между растворителем и растворенным веществом за возможность адсорбироваться на
24. Молекулярная (неэлектролитов) адсорбция Зависит от: 1) природы адсорбента. Полярные адсорбенты поглощают полярные вещества. 2) природы растворителя.
25. 4) природы поглощаемого вещества (адсорбтива): а) Правило Шилова: чем больше растворимость вещества в растворителе, тем хуже
26. Адсорбция ионов из растворов в зависимости от природы адсорбента подразделяется на ионную адсорбцию и ионнообменную адсорбцию
27. Ионная адсорбция По сравнению с молекулярной адсорбцией более сложный процесс, т.к. в растворе присутствует уже 3
28. Зависит от: 1) природы адсорбента. Чем более полярный адсорбент, тем лучше адсорбция ионов. 2) природы иона:
30. Избирательная адсорбция ионов подчиняется правилу Панета – Фаянса Например: на AgI могут адсорбироваться Ag+ и I-,
31. Ионообменная адсорбция Ионообменная адсорбция – это процесс, при котором твердый адсорбент обменивает свои ионы на ионы
32. Катиониты – нерастворимые многоосновные кислоты; обменивают катионы. R – SO3-H+ Аниониты - нерастворимые многоатомные основания; они
33. Пример схемы ионообменного процесса на катионите : R–SO3-H+ + Na+Cl- ↔ R–SO3-Na+ + H+Cl-. анионите: R–N(CH3)3+–OH-
34. Адсорбционные процессы, используемые в медицине Адсорбционная терапия применяется для удаления токсинов и вредных веществ из ЖКТ
36. Скачать презентацию

Слайд 2

Поверхностные явления – те эффекты и особенности поведения веществ, которые наблюдаются

на поверхности раздела фаз.

Слайд 3

Поверхностная энергия и поверхностное натяжение
В объеме жидкости результирующая сила действия

на молекулу равна нулю. В поверхностном слое межмолекулярные силы не уравновешиваются и их равнодействующая не равна нулю.
Молекулы на поверхности
стремятся «втянуться» внутрь –
поверхность раздела
уменьшается, а поверхностная
энергия увеличивается.
Для выведения
молекул на поверхность надо
совершить работу.

Слайд 4

Физический смысл поверхностного натяжения
Энергетическая трактовка: поверхностное натяжение равно работе, затраченной

на образование единицы поверхности:
, (Дж/м2).
Силовое определение: поверхностное натяжение – это сила, действующая на поверхности по касательной к ней и стремящаяся сократить ее площадь до min (Н/м).
При 298 К σводы = 71,96⋅10-3 Дж/м2 = 71,96⋅10-3 Н/м.
Дж/м2 = Н⋅м/ м2 = Н/м.

Слайд 5

Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости в свободном падении принимает сферическую форму.

Слайд 6

Факторы, влияющие на поверхностное натяжение
1) Температура
С увеличением температуры σ уменьшается.
Температура,

при которой поверхностное натяжение обращается в ноль называется критической температурой.
2) Природа фазообразующих веществ
Правило Ребиндера: чем больше разность полярностей (ΔП) фаз, тем сильнее поверхностное натяжение на границе их раздела.

П.А. Ребиндер
1898 – 1972

Слайд 7

3) Природа и концентрация растворенных веществ
По влиянию на поверхностное натяжение

какой-то определенной жидкости все вещества подразделяются на 3 группы:
ПАВ, поверхностно активные – снижают σ до образования монослоя,
ПНВ, поверхностно неактивные – не влияют на σ,
ПИВ, поверхностно инактивные – повышают σ.

Изотерма поверхностного натяжения

Слайд 8

ПИВ являются неорганические вещества (электролиты).
Ионы хорошо гидратируются, поэтому они интенсивно

втягиваются в глубину раствора и усиливают полярные свойства системы.
В результате возрастает ΔП для соседних фаз, что, по правилу Ребиндера, приводит к увеличению σ.

ПИВ являются неорганические вещества (электролиты).

Слайд 9

Строение молекул ПАВ
ПАВ являются органические вещества дифильного строения, т.е. их молекулы

содержат полярную (гидрофильную) и неполярную (гидрофобную) части.
неполярные части обычно имеют чисто углеводородную структуру;
полярные содержат электрофильные атомы (O, N, S, P и т.д.) – вплоть до образования ими ионов (-СООН, -ОН,
-NH2, -NO2, -CHO, -SO2OH и т.д.).

Слайд 10

Молекулы ПАВ самопроизвольно ориентируются на поверхности раздела фаз.
Ирвинг Ленгмюр

1881 – 1957
Нобелевская премия
по химии - 1932

Слайд 11

В результате уменьшается ΔП
для соседних фаз, что, по

правилу Ребиндера, приводит
к снижению σ.
После образования монослоя
(частокол Ленгмюра), т.е. при достижении Сопт, σ не изменяется.

Сопт

Слайд 12

Слайд 13

Поверхностная активность
Количественной мерой способности ПАВ понижать поверхностное натяжение на границе раздела

фаз служит поверхностная активность (g):
, (Дж⋅м/моль)
g – понижение поверхностного натяжения раствора при изменении концентрации ПАВ на единицу.
Поверхностная активность зависит от хим. структуры веществ: природы полярной и строения неполярной частей молекулы.

Слайд 14

Правило Дюкло – Траубе: в рядах предельных жирных кислот и спиртов

при удлинении цепи на одну СН2 – группу поверхностная активность гомолога в водном растворе увеличивается в 3 – 3,5 раза.

g(HCOOH) < g(CH3COOH)

Исидор Траубе
1860 – 1943

Пьер Эмиль Дюкло
1840 – 1904

Слайд 15

аБсорбция - самопроизвольный процесс поглощения вещества (абсорбтива) всем объемом абсорбента

аДсорбция - самопроизвольный процесс накопления вещества (адсорбтива) на поверхности адсорбента

Слайд 16

Адсорбция на подвижных границах (жидкость – газ; жидкость – жидкость)

Величину адсорбции

в растворах можно определить по изменению σ.
Адсорбция растворенных веществ на поверхности жидких адсорбентов описывается уравнением Гиббса.

Слайд 17

Изотерма адсорбции Гиббса
Уравнение, описывающее зависимость между адсорбцией и концентрацией вещества называется

изотермой адсорбции.
Уравнение адсорбции Гиббса:

Для ПАВ: σ < 0; g >0; Г > 0 – адсорбция положительна.
Для ПИВ: σ > 0; g < 0; Г < 0 – адсорбция отрицательна.

Слайд 18

Адсорбция на неподвижных границах (твердое тело – газ; твердое тело –

раствор)

Причиной адсорбции на твердых телах является нескомпенсированность силовых полей молекул, в зонах деформации (активных центрах).
Адсорбцию, проходящую на них, разделяют на физическую и химическую.

Слайд 19

Физическая адсорбция (ФАд) возникает за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий и происходит на

активных центрах (во впадинах поверхности).
Химическая адсорбция (хемосорбция) (ХАд) осуществляется путем химического взаимодействия молекул адсорбента и адсорбата и приходится на выступы рельефа поверхности.
Различия:
1. ФАд – обратима, а ХАд – необратима;
2. ХАд локализована, т.е. молекулы адсорбата не могут перемещаться по поверхности адсорбента.
3. С увеличением t величина ФАд уменьшается, а ХАд увеличивается.

Активные центры физической (а) и химической (б) адсорбции

Слайд 20

Количественно адсорбция (Г) на подвижной и неподвижной границах раздела описывается уравнением

Ленгмюра.
где Г∞ – предельная величина адсорбции; b – постоянная величина, равная отношению констант скоростей десорбции и адсорбции.

Константу b можно определить графически, проведя касательную к изотерме адсорбции в точке С = 0.

Слайд 21

Адсорбция газов на твердой поверхности
Зависит от:
1) природы поверхности: неполярные (гидрофобные) –

сажа, актив. уголь, тальк; полярные (гидрофильные) – силикагель, алюмогель, глины, цеолиты.
2) площади поверхности.
Адсорбент тем
эффективнее,
чем больше измельчение
и пористость.

Слайд 22

3) природы поглощаемого газа или пара. Лучше адсорбируется тот компонент, который

легче сжижается.
3) сродства. Полярные вещества лучше адсорбируются на полярных адсорбентах.
4) температуры. С повышением t адсорбция газов уменьшается.

Слайд 23

Отличие от адсорбции газов – это конкуренции между растворителем и

растворенным веществом за возможность адсорбироваться на поверхности твердого адсорбента.

Слайд 24

Молекулярная (неэлектролитов) адсорбция
Зависит от:
1) природы адсорбента. Полярные адсорбенты поглощают полярные вещества.

2) природы растворителя. Чем хуже растворитель смачивает поверхность и чем хуже растворяет вещество, тем лучше адсорбция растворенного вещества.
3) температуры. При повышении t адсорбция веществ из растворов уменьшается.

Слайд 25

4) природы поглощаемого вещества (адсорбтива):
а) Правило Шилова: чем больше растворимость

вещества в растворителе, тем хуже оно адсорбируется на адсорбенте.
б)Правило Ребиндера: на поверхности раздела фаз лучше адсорбируются те вещества, при адсорбции которых происходит выравнивание соприкасающихся фаз, причем с увеличением ∆П способность к адсорбции этих веществ возрастает.

Слайд 26

Адсорбция ионов из растворов
в зависимости от природы адсорбента подразделяется на

ионную адсорбцию
и
ионнообменную адсорбцию

Слайд 27

Ионная адсорбция
По сравнению с молекулярной адсорбцией более сложный процесс, т.к.

в растворе присутствует уже 3 вида частиц: катионы, анионы растворенного вещества и растворитель.
Особенности:
1) адсорбируются заряженные частицы (ионы), а не молекулы.
2) адсорбция происходит только на полярных адсорбентах (полярная адсорбция).
3) адсорбция сопровождается образованием ДЭС.
4) Адсорбция является избирательной.
5) В основе адсорбции лежат химические силы, т.е. адсорбция необратима.
6) Характерно явление обменной адсорбции.

Слайд 28

Зависит от:
1) природы адсорбента. Чем более полярный адсорбент, тем лучше адсорбция

ионов.
2) природы иона:
а) чем больше rиона, тем меньше адсорбция;
Ионы одинакового заряда можно расположить в
лиотропные ряды: Li+ > Na+ > K+ > Rb+ > Cs+
Cl- > Br- > NO3- > SCN- > OH-
уменьшение гидратации, усиление адсорбционных свойств
б)чем больше zиона, тем сильнее адсорбция

Слайд 29

Слайд 30

Избирательная адсорбция ионов подчиняется
правилу Панета – Фаянса
Например: на AgI могут

адсорбироваться Ag+ и I-, а также изоморфные ионы: Cl-, Br-, CN-, CNS-. Обязательным является условие образования труднорастворимого соединения.

Фридрих Адольф
Панет
1887 – 1958

на кристаллической поверхности адсорбируются те ионы, которые способны достроить кристаллическую решетку и дают труднорастворимое соединение с ионами, входящими в кристалл.

Казимир Фаянс
1887 – 1975

Слайд 31

Ионообменная адсорбция
Ионообменная адсорбция – это процесс, при котором твердый адсорбент обменивает

свои ионы на ионы того же знака из жидкого раствора.
Сорбенты, способные к обмену ионов, называют ионообменниками или ионитами.
Ионообменные смолы – это высокомолекулярные нерастворимые соединения, способные набухать в водных растворах, поглощая значительное количество воды, и высвобождать ионы в процессе электролитической диссоциации.

Слайд 32

Катиониты – нерастворимые многоосновные кислоты; обменивают катионы.
R – SO3-H+

Аниониты - нерастворимые многоатомные основания; они обменивают анионы.
R – N(CH3)3+ – OH-
Амфортерные иониты содержат и катионные и анионные обмениваемые группы.
H+SO3-– R– N(CH3)3+ OH-.

Слайд 33

Пример схемы ионообменного процесса на
катионите :
R–SO3-H+ + Na+Cl- ↔ R–SO3-Na+

+ H+Cl-.
анионите:
R–N(CH3)3+–OH- + H+Cl- ↔ R–N(CH3)3+–Cl- + H+OH-.

Слайд 34

Адсорбционные процессы, используемые в медицине
Адсорбционная терапия применяется для удаления токсинов

и вредных веществ из ЖКТ (адсорбенты: Al(OH)3, МgO,AlPO4 входят в состав алмагеля, фосфалюгеля и др.). Активированный уголь – адсорбент газов (при метеоризме), токсинов (при пищевых токсикоинфекциях), алкалоидов и солей тяжелых металлов (при отравлениях).

Гемосорбция используется для удаления из крови крупных молекул токсических веществ, вирусов, бактерий (углеродные сорбенты, иммуносорбенты, ионообменные смолы).

Поверхностные явления

Содержание

Поверхностные явления – те эффекты и особенности поведения веществ, которые наблюдаются

Поверхностная энергия и поверхностное натяжение В объеме жидкости результирующая сила действия

Физический смысл поверхностного натяжения Энергетическая трактовка: поверхностное натяжение равно работе, затраченной

Благодаря поверхностному натяжению капля жидкости в свободном падении принимает сферическую форму.

Факторы, влияющие на поверхностное натяжение1) ТемператураС увеличением температуры σ уменьшается. Температура,

3) Природа и концентрация растворенных веществ По влиянию на поверхностное натяжение

ПИВ являются неорганические вещества (электролиты).Ионы хорошо гидратируются, поэтому они интенсивно

Строение молекул ПАВПАВ являются органические вещества дифильного строения, т.е. их молекулы

Молекулы ПАВ самопроизвольно ориентируются на поверхности раздела фаз. Ирвинг Ленгмюр

В результате уменьшается ΔП для соседних фаз, что, по

Поверхностная активностьКоличественной мерой способности ПАВ понижать поверхностное натяжение на границе раздела

Правило Дюкло – Траубе: в рядах предельных жирных кислот и спиртов

аБсорбция - самопроизвольный процесс поглощения вещества (абсорбтива) всем объемом абсорбента

Адсорбция на подвижных границах (жидкость – газ; жидкость – жидкость) Величину адсорбции

Изотерма адсорбции ГиббсаУравнение, описывающее зависимость между адсорбцией и концентрацией вещества называется

Адсорбция на неподвижных границах (твердое тело – газ; твердое тело –

Физическая адсорбция (ФАд) возникает за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий и происходит на

Количественно адсорбция (Г) на подвижной и неподвижной границах раздела описывается уравнением

Адсорбция газов на твердой поверхностиЗависит от:1) природы поверхности: неполярные (гидрофобные) –

3) природы поглощаемого газа или пара. Лучше адсорбируется тот компонент, который

Отличие от адсорбции газов – это конкуренции между растворителем и

Молекулярная (неэлектролитов) адсорбцияЗависит от:1) природы адсорбента. Полярные адсорбенты поглощают полярные вещества.

4) природы поглощаемого вещества (адсорбтива): а) Правило Шилова: чем больше растворимость

Адсорбция ионов из растворов в зависимости от природы адсорбента подразделяется на

Ионная адсорбция По сравнению с молекулярной адсорбцией более сложный процесс, т.к.

Зависит от:1) природы адсорбента. Чем более полярный адсорбент, тем лучше адсорбция

Избирательная адсорбция ионов подчиняется правилу Панета – ФаянсаНапример: на AgI могут

Ионообменная адсорбцияИонообменная адсорбция – это процесс, при котором твердый адсорбент обменивает

Катиониты – нерастворимые многоосновные кислоты; обменивают катионы. R – SO3-H+

Пример схемы ионообменного процесса на катионите :R–SO3-H+ + Na+Cl- ↔ R–SO3-Na+

Адсорбционные процессы, используемые в медицине Адсорбционная терапия применяется для удаления токсинов

Похожие презентации