С. Ш.Құмарғалиева коллоидтық химия

Сұйықтықтар беттік керілуінің

жүктеу 5,89 Mb.

бет	25/105
Дата	25.10.2023
өлшемі	5,89 Mb.
	#44020

1 ... 21 22 23 24 25 26 27 28 ... 105

treatise128700

6.3. Сұйықтықтар беттік керілуінің
молекулалық табиғаты

Беттік керілудің пайда болуы заттың жұқа беттік қабат пен көлімдік фазадағы құрылымы мен қасиеттерінің айырмашылығына байланысты. Мұндай айырмашылықтар молекулалық деңгейде жатыр. Беттік молекулалардың (атомдар, иондар) жақын «көршілерінің» саны көлемге қарағанда едәуір аз, яғни беттегі бөлшектердің координациялық саны көлемдік координациялық саннан аз болады: Z_s < Z_r. Қазіргі заманғы эксперименттік тәсілдер сұйықтықтың беттік қабатының құрылымы көлемдік фазаның құрылымынан өзгеше болатынын дәлелдейді.

Координациялық сандардың айырымы мен заттың молекулааралық байланыстар энергиясы неғұрлым үлкен болса, беттік керілу де соғұрлым жоғары болады. Молекулааралық әрекеттесулер күшті болса, бетті ұлғайту үшін жұмсалатын жұмыс, яғни беттік керілу де үлкен болады.
Беттік керілуді анықтайтын әрекеттесу күштерінің табиғаты әртүрлі болуы мүмкін: дисперсиялық, сутекті, диполь-дипольді, диполь-индукциялық, электрстатикалық. Беттік керілуді әрекеттесудің барлық түрлерінің қосындысы деп есептеуге болады. Барлық заттарға дисперсиялық әрекеттесулер тән болғандықтан, олардың үлесі (σ_d) мен қалған әрекеттесулердің үлесін (σ_і) анықтаған жөн. Онда осы үлестердің аддитивтілігі негізінде беттік керілу келесі теңдеумен анықталады:

σ = σ_d + σ_і (6.10)

Көптеген заттар үшін полярлы әрекеттесулер маңызды (σ_р). Дисперсиялық әрекеттесулердің әсері бейполярлы сұйықтықтар үшін жақсы көрінеді. Мысалы, қаныққан көмірсутектер үшін тізбек ұзындығының артуымен беттік керілу де артады, себебі молекулалар арасындағы дисперсиялық әрекеттесулер күшейеді.

Беттік керілуді әртүрлі әрекеттесулер қосындысы ретінде қарастыру екі сұйықтықтың арасындағы фазааралық керілуді есептеу үшін де қолданылады. Осыған байланысты фазааралық керілуге қосатын бейполярлы сұйықтықтың (1) үлесін қарастырайық. Осы сұйықтықтың беттік қабатындағы молекулалар келесі процестерге қатысады:

өзінің көлемдік фазасымен әрекеттеседі; бұл әрекеттесуге сұйық-газ шекарасындағы σ₁беттік керілу сәйкес болады.
екінші (су) сұйықтықтың беттік қабаттағы молекулаларымен әрекеттеседі; бұл әрекеттесу дисперсиялық күштер арқылы пайда болып, ол көмірсутек-көмірсутек және көмірсутек-су дисперсиялық әрекеттесулерінің орта геометриялық шамасына тең, яғни (σ_1d σ_2d)^1/2, мұндағы σ_1d, σ_2d – көмірсутек және судың беттік керілуіндегі дисперсиялық әрекеттесулердің үлесі.

Қарастырылған әрекеттесулер бір біріне қарама-қарсы бағытталған. Сондықтан бейполярлы сұйықтықтың беттік қабат жағынан (σ^*₁) фазааралық керілуге қосатын үлесі осы екі әрекеттесудің жалпы үлесіне тең болады:

σ^*₁ = σ₁ - (σ_1d σ_2d)^1/2. (6.11)

Полярлы (су) сұйықтық үшін де осындай қарастыру арқылы, оның фазааралық керілуге енгізетін үлесін шығаруға болады:

σ^*₂ = σ₂ - (σ_1d σ_2d)^1/2. (6.12)

Онда фазааралық керілу осы екі үлестің қосындысына тең және Фоукс теңдеуімен анықталады:

σ₁₂ = σ₁+ σ₂ - 2(σ_1d σ_2d)^1/2. (6.13)

Бұл теңдеу су мен молекулаларының құрамында полярлы топтары бар органикалық заттар арасындағы фазааралық керілуді есептеу үшін қолайлы.

Беттік керілу мен заттың химиялық табиғаты арасындағы байланысты парахор деп аталатын параметр сипаттайды, оны келесі теңдеу арқылы есептеуге болады:

Р = Mσ^1/4/Δρ ≈ V_m σ^1/4/ρ, (6.14)

мұндағы М – сұйықтықтың молекулалық салмағы; Δρ – сұйықтық пен газдың тығыздықтырының айырымы; ρ – сұйықтықтың тығыздығы; V_m=M/ ρ – сұйықтықтың мольдік көлемі.

Көптеген заттар үшін келесі ереже орындалады: молекуланың парахоры атомдарының парахорларының қосындысынан тұрады. Бұл байланысты алғашқы рет А.Эйнштейн (1901) байқаған.

жүктеу 5,89 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 21 22 23 24 25 26 27 28 ... 105