Ответы к тестовым заданиям для самоконтроля по теме VII на стр. 313
ТЕМА VIII. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. АДСОРБЦИЯ
8.1. Поверхностное натяжение: физический смысл,
факторы, от которых зависит σ
Рассмотрим границу раздела жидкость – газ. Молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, испытывают неодинаковое воздействие со стороны молекул жидкости и газа. Молекулы, находящиеся внутри жидкости, окружены со всех сторон подобными. Силы, действующие на них со всех сторон, одинаковы, и равнодействующая этих сил равна нулю.
Силы межмолекулярного взаимодействия молекул жидкости, расположенных на поверхности, не скомпенсированы, их равнодействующая не равна нулю и направлена вглубь жидкости. Таким образом, энергия молекул на поверхности раздела фаз выше, чем у молекул внутри фазы. В результате возникает поверхностный слой с избыточной свободной поверхностной энергией F.
Свободная поверхностная энергия зависит от числа частиц на границе раздела и поэтому прямопропорциональна площади поверхности раздела фаз и удельной свободной поверхностной энергии (σ): F = σ·S,
S – площадь поверхности раздела фаз, м2, см2;
σ – удельная свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение) – это избыточная энергия молекул единицы площади поверхности, Эрг/см2, Дж/м2.
удельная свободная поверхностная энергия или поверхностное натяжение σ зависит от:
- природы вещества;
- температуры;
- природы граничащих фаз;
- наличия примесей.
Поверхностное натяжение существенно зависит:
1) от природы вещества и, в первую очередь, от полярности молекул – чем выше степень полярности молекул, тем активнее они взаимодействуют друг с другом, тем выше поверхностное натяжение.
2) от температуры: с повышением температуры σ снижается, т.к. при увеличении температуры жидкость переходит в пар, а при температуре кипения исчезает различие между паром и жидкостью, выравнивается энергия межмолекулярного взаимодействия, σ становится равным нулю.
3) от природы молекул пограничных фаз: σж-г ≠ σж-ж.
4) от наличия примесей.
Все вещества в зависимости от их влияния на поверхностное натяжение жидкости принято делить на три группы:
ПАВ – поверхностно-активные вещества – вещества, понижающие поверхностное натяжение на границе раздела фаз;
ПИАВ – поверхностно-инактивные вещества – вещества, повышающие поверхностное натяжение;
ПНВ – поверхностно-неактивные вещества, не изменяющие поверхностное натяжение (глицерин, сахароза).
Т.о. избыточную поверхностную энергию и σ можно снизить двумя путями:
1) уменьшить площадь поверхности раздела фаз за счет:
а) слияния более мелких частиц в более крупные; б) жидкость при отсутствии внешних сил всегда стремится принять форму шара, т.к. поверхность шара это наименьшая поверхность, ограничивающая объем;
2) уменьшить величину σ за счет дополнительного поглощения молекул постороннего вещества – адсорбции.
Факторы, от которых не зависит поверхностное натя-жение:
- площадь поверхности раздела. Т.к. σ – удельная свободная поверхностная энергия, т.е. свободная поверхностная энергия единицы площади поверхности, она относится к единице площади и от самой площади не зависит;
- массы жидкости;
- объема жидкости;
- количества вещества жидкости.
