С. Ш.Құмарғалиева коллоидтық химия

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар

жүктеу 5,89 Mb.

бет	28/105
Дата	25.10.2023
өлшемі	5,89 Mb.
	#44020

1 ... 24 25 26 27 28 29 30 31 ... 105

treatise128700

7. КАПИЛЛЯРЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАР 7.1. Капиллярлық қысым

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар

Беттік керілудің механикалық және термодинамикалық анықтамасын беріңіз.
Беттік керілуге температура қалай әсер етеді? Менделеев бойынша критикалық нүкте дегеніміз не?
Заттың табиғаты, беттің қисықтығы мен заряды және қоспалар беттік керілуге қалай әсер етеді?
«Қалыңдығы шектеулі қабат» әдісінде беттік қабаттың энергиясы қалай анықталады?
Беттік қабат термодинамикасын қарастырудағы Гиббстің әдісін түсіндіріңіз.
Толық беттік энергия қалай анықталады?
Толық беттік энергияға температура қалай әсер етеді?

7. КАПИЛЛЯРЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАР

7.1. Капиллярлық қысым

Капиллярлық құбылыстар да физикалық беттік құбылыстарға жатады. Қатты денелердегі жұғу, аэрозольдер, эмульсиялар және көбіктердегі тамшылардың бірігуі, түтікшелердегі сұйықтықтың көтерілуі – капиллярлық құбылыстардың мысалдары.

Капиллярлық кұбылыстарда екі фактор – сұйықтықтың беттік керілуі мен сұйық беттің қисықтығы – негізгі роль атқарады.
Капиллярлық қысым дегеніміз сұйықтық бетінің қисаю нәтижесінде пайда болатын қысымдар айырымы. Мұндай қисық беттер, мысалы, эмульсиялар мен тұман тамшыларында және капиллярдағы сұйық беттерде (менискілерде) болады. Қисықтық радиусы r беттегі қысымды р_r, ал жазық беттегі қысымды – р₀ деп белгілесек, капиллярлық қысым

р_с = ±р_r- р₀ (7.1)

теңдеуімен анықталады.

Капиллярлық қысымның белгісі («+» немесе «-») қисықтық радиусына байланысты. Дөңес беттердің қисықтық радиусы оң болады, себебі мұндай беттің қисықтық орталығы фазаның ішінде жатады. Сондықтан капиллярлық қысым р_с>0, яғни дөңес беттің қысымы жазық беттің қысымынан артық болады р_r>р₀. Беті дөңес болатын дисперстік бөлшек ретінде аэрозоль мен эмульсиядағы тамшыны алуға болады, капиллярдағы жұқпайтын сұйықтықтың қисықтық беті де дөңес келеді.
Ойыс беттердің қисықтығы теріс, сондықтан капиллярлық қысым р_с<0 және ойыс беттің қысымы жазық беттің қысымынан аз болады р_r<р₀. Ойыс беттің мысалы ретінде жұғатын сұйықтықтың капиллярдағы менискін алуға болады.
Капиллярлық қысым деп екі фазаның қисық жанасу бетінде пайда болатын қысым мен жазық беттегі қысымның айырмасын (∆р) айтуға болады.
Капиллярлық қысымның беттік керілу мен беттің қисықтығына тәуелділігін Лаплас заңы (1805) көрсетеді. Капиллярлық қысымның теңдеуін шығару үшін сүйықтықтағы көлемі V газ көпіршігі тұрақты болатын жағдайын анықтайық. Көпіршіктің түрі Гиббс энергиясының минимал мәнінде ғана тепе-теңдікте болады. Егер көпіршіктің радиусы dr аз мөлшеріне ұлғайса, Гиббс энергиясы dG-ға

(7.2)

өседі.
Мұндағы p_cdV изобаралық кеңею жұмысын, ал σds – көпіршік бетінің ұлғаю жұмысын анықтайды, s – радиусы r болатын сфералық көпіршіктің беттік ауданы.

Фазалардың термодинамикалық тепе-теңдікті жағдайында Гиббс энергиясы минимал, яғни ΔG = 0болу керек:

, (7.3)

осыдан ойыс бет үшін капиллярлық қысым мен жанасу бетінің қисықтық радиусының байланысын анықтаймыз:

. (7.4)

Капиллярлық қысымның теріс белгісі газ көпіршігінде сұйықтыққа қарағанда қысым үлкен болатынын көрсетеді. Осы себептен сұйықтық қысымының әсерінен көпіршік жарылып кетпейді.

Дөңес бет үшін капиллярлық қысым оң болады:

. (7.5)

Оң капиллярлық қысым көпіршікті сығады. Жалпы күйде капиллярлық қысым келесі теңдеумен анықталады:

(7.6)

бүл теңдеу Лаплас заңын бейнелейді.

Эллипс тәрізді беттер үшін Лаплас заңын келесі түрде жазуға болады:

, (7.7)

мұндағы r₁, r₂ – эллипстің негізгі қисықтық радиустары.

Цилиндрлік беттер үшін яғни сфералық бөлшекке қарағанда екі есе кем.
шамасы беттің орташа қисықтығын анықтайды. Яғни Лаплас теңдеуі капиллярлық қысым мен сұйықтық бетінің орташа қисықтығын байланыстырады:

. (7.8)

Лаплас заңын r>>а (а - молекулалық өлшем) шарты орындалса ғана қолдануға болады. Нанообъектілер үшін бұл шарт орындалмайды, себебі қисықтық радиусы (r) молекулалық өлшемдерге (а) жақын болады.

Лаплас заңын капиллярлыққтың бірінші заңы деп жиі атайды.

жүктеу 5,89 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 24 25 26 27 28 29 30 31 ... 105