Презентация на тему Термодинамические характеристики поверхности в однокомпонентных системах

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" < f ' - плотности свободной энергии
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)
Wа= σ1 + σ2 - σ12

Смачивание и растекание
σТГ = σТЖ + σЖГ cos θ
Уравнение Юнга
краевой угол острый: θ < 90°, т. е. cos θ > 0 - смачивание поверхности жидкостью;
краевой угол тупой: θ > 90°, т. е. cos θ < 0 - несмачивание поверхности;
равновесный краевой угол не устанавливается, и капля растекается в тонкую пленку - растекание

Заменяя σЖГ на работу когезии WK = 2 σЖГ
Несмачиванию отвечает условие Wa < 1/2 WK,
смачиванию 1/2 WK < Wa < WK,
растеканию жидкости по твердому телу Wa > WK

Избирательное смачивание

β = НВ/НМ
Для гидрофильных поверхностей β > 1
Для гидрофобных поверхностей β < 1

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