С. Ш.Құмарғалиева коллоидтық химия

Сұйықтықтардың беттік керілуіне

жүктеу 5,89 Mb.

бет	24/105
Дата	25.10.2023
өлшемі	5,89 Mb.
	#44020

1 ... 20 21 22 23 24 25 26 27 ... 105

treatise128700

Кейбір сұйықтықтардың газбен шекарасындағы беттік керілулері (298 К), мДж/м 2

6.2. Сұйықтықтардың беттік керілуіне
әсер ететін факторлар

Қазіргі заманда қысымдар мен температуралардың кең аралығында бетік керілуді жоғары дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік туғызатын бірнеше әдіс бар. Көптеген тәжірибелік нәтижелер бойынша, беттік керілуге заттың химиялық табиғаты, температура, шектесетін фазалардың табиғаты, қоспалар, беттің заряды, сұйық беттің қисықтығы әсер етеді.

3-кесте
Кейбір сұйықтықтардың газбен шекарасындағы беттік керілулері (298 К), мДж/м²

Гелий	0,2	Күкіртті көміртек	31,5
Азот	8,3	Бензол	28,2
Гексан	17,9	Анилин	43,2
Этил спирті	22,1	Су	71,95
Тетрахлорметан	25,0	Сынап	473,5

Заттың химиялық табиғаты. Сұйытылған инертті газдардың беттік керілуі төмен. Су мен органикалық сұйықтықтардың беттік керілуі 20-100 мДж/м² аралығында жатыр. Балқу температуралары жоғары металдар беттік керілудің ең үлкен мәндеріне ие (~10³мДж/м²). Алмас (берік және балқымайтын зат) үшін σ > 10⁴ мДж/м²болады.
Көптеген заттар үшін (сұйық металдар) балқу температурасының маңайында беттік керілу балқу жылуына пропорционал болады. Кейбір сұйықтықтардың газбен шекарасындағы беттік керілулері 3-кестеде (298 К) келтірілген.
Температура. Барлық жеке (бір компонентті) сұйықтықтардың газбен шекарасындағы беттік керілу температураның артуымен кемиді, яғни

қатынасы орындалып, көптеген бір компонентті сұйықтықтар үшін σ = f(Т) тәуелділіктері сызықты күйге сәйкес болады.

Ерітінділер (әсіресе, беттік-активті заттардың ерітінділері) үшін беттік керілудің температуралық тәуелділігі күрделіленеді. σ=f(Т) сызықты тәуелділігін σ=0 мәніне дейін экстраполяцияласақ, осы заттың критикалық температурасын Т_с (Менделеев бойынша) анықтауға болады. Бұл температурада сұйық-газ екі фазалық жүйе жойылып, бір фазалық жүйеге айналады, яғни Т ≥ Т_с болғанда, фазалардың бөлу беті жоғалады.
σ=f(Т) тәуелділігі сызықты күйде болғанда, α=dσ/dТ туындысы осы зат үшін тұрақты болып, оны сұйықтық беттік керілуінің температуралық коэффициенті деп атайды.
Көптеген заттар үшін беттік керілудің температуралық коэффициенттері (-0,1)÷(-0,2) мДж/(м^2.К) аралығында жатыр. Беттік керілудің температуралық тәуелділіктерін сипаттау үшін бірнеше эмпирикалық теңдеулер ұсынылған:
Этвеш теңдеуі

, (6.3)

мұндағы υ – сұйықтықтың мольдік көлемі; k – Этвеш тұрақтысы.

Рамзай – Шилдс теңдеуі

. (6.4)
Катаяма теңдеуі

(6.5)

мұндағы α – сұйықтық, β – газ.

Ван-дер-Ваальс теңдеуі

, (6.6)

мұндағы σ_о – тұрақты; μ=1,23 (Гуггенгейм бойынша, μ=11/9 және σ_омәні σ-ны Т=0 болғанға дейін экстраполяциялау арқылы табылады).

Ван-дер-Ваальс теңдеуінен беттік керілу температураның артуымен сызықтық заңынан тезірек кемиді. Беттік керілудің температураға тәуелділігі беттік құбылыстардың термодинамикасында маңызды роль атқарады.
Қоспалардың әсері. Көптеген жағдайда беттік керілу қоспаларға сезімтал. Сондықтан беттік керілудің өлшеулерін заттың тазалығын анықтайтын сезімтал тест-әдістер ретінде қолдануға болады. Сонымен қатар, беттік құбылыстарды зерттегенде, заттардың химиялық тазалығы жоғары болуға тиісті.
Беттің заряды. Беттік керілудің беттің электрлік зарядына (ρ_s, Кл/м²) тәуелділігін электркапиллярлық эффектісі деп атайды. Аттас зарядтардың тебілуі беттің ауданын ұлғайту үшін жұмсалған жұмысты азайтады. Сондықтан беттік зарядтың артуымен беттік керілу азаяды. Бұл байланысты Липпман теңдеуі көрсетеді:

, (6.7)

мұндағы φ – беттің электрлік потенциалы.

Бетте заряд болмаса, беттік керілу өзінің максимал мәніне жетіп; мұндай жағдайды нольдік заряд нүктесі деп атайды. Липпман теңдеуі бойынша, беттік керілу айтарлықтай азаюы мүмкін.
Сұйық беттің қисықтығы. Үлкен объектілерге қарағанда радиустары наноөлшемді тамшылар мен газды көпіршіктердің беттік керілулері төмен болады. Кіші тамшылар мен газды көпіршіктердің беттік керілуінің радиусына байланысы Толмен теңдеуі арқылы анықталады:

, (6.8)

мұндағы δ – беттік қабаттың қалыңдығына сәйкес өлшем (бірнеше нанометр); σ – ірі тамшылар мен көпіршіктердің беттік керілуі.

Қисықтықтың өте кіші радиустар үшін Русанов теңдеуін қолданады:

σ_r= Kr (6.9)

мұндағы К – температураға және фазалардың табиғатына байланысты пропорционалдық коэффициенті. Русанов теңдеуінің физикалық мәні келесіде: қисықтық радиусы шексіз кішірейгенде (r → 0) беттік керілу нольге айналады.

жүктеу 5,89 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 20 21 22 23 24 25 26 27 ... 105