Адсорбция на поверхности раздела фаз «жидкость — газ» и «жидкость — жидкость»

В данном подпараграфе рассматриваются процессы, происходящие при адсорбции на границе раздела «жидкость — газ» и «жидкость — жидкость». Закономерности адсорбции в обоих этих случаях практически одинаковы: газ можно рассматривать как предельный случай неполярной жидкости, силовое поле которой пренебрежимо мало. Поэтому в дальнейшем речь будет идти только о границе «жидкость — газ».

Как уже отмечалось, молекулы жидкости, находящиеся на поверхности, обладают большей энергией Гиббса, чем молекулы внутри фазы. Разность этих значений, рассчитанную на единицу поверхности, называют поверхностной энергией Гиббса SG, она равна поверхностному натяжению а.

Известно, что чем интенсивнее межмолекулярные силы в жидкости, тем больше ее поверхностное натяжение. Поэтому если молекулы в поверхностном слое жидкости будут разобщены частицами (молекулами, органическими ионами и т.д.) с которыми они взаимодействуют слабее, то это приведет к ослаблению межмолекулярных взаимодействий, что в свою очередь вызовет уменьшение а. Из условия самопроизвольности процессов AG < О следует, что адсорбция таких частиц, т.е. их концентрирование на поверхности, должна происходить самопроизвольно и сопровождаться уменьшением поверхностного натяжения.

И наоборот, появление в поверхностном слое сильно взаимодействующих с растворителем частиц (неорганических ионов) приведет к увеличению о = SG. Условием самопроизвольности процесса AG < 0 в этом случае будет уход таких частиц с поверхности в глубь фазы.

Таким образом, между адсорбцией и поверхностным натяжением должна существовать связь. Эту связь впервые установил Гиббс, он вывел уравнение

где R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура; С — равновесная концентрация растворенного вещества.

Уравнение Гиббса было многократно подтверждено экспериментально, в частности методом среза тонких слоев жидкости (с помощью специального ножа — микротома) с последующим анализом их состава, а также — исследованием распределения метки радиоактивного изотопа между поверхностью жидкости и ее объемом.

Установлено, что все вещества по их действию на поверхностное натяжение жидкостей можно разделить на два класса: поверхностноактивные (ПАВ) и поверхностно-инактивные вещества (ПИВ).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >