Fenomene de suprafață

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 2 martie 2022; verificările necesită 3 modificări .

Fenomene de suprafață  - un set de fenomene datorate proprietăților speciale ale straturilor subțiri de materie la interfața fazelor . Fenomenele de suprafață includ procese care au loc la limita de fază , în stratul de suprafață interfacial și care rezultă din interacțiunea fazelor conjugate.

Fenomenele de suprafață se datorează faptului că în straturile de suprafață de la limitele interfazelor, datorită compoziției și structurii diferite a fazelor de contact și, în consecință, datorită diferenței de legături ale atomilor și moleculelor de suprafață din partea diferitelor faze. , există un câmp nesaturat de forțe interatomice, intermoleculare. Ca urmare, atomii și moleculele din straturile de suprafață formează o structură specială, iar substanța capătă o stare specială care diferă de starea sa în volumul fazelor prin diferite proprietăți [1] . Fenomenele de suprafață sunt studiate prin chimia coloidală .

Clasificarea fenomenelor de suprafață

Fenomenele de suprafață sunt de obicei clasificate în conformitate cu ecuația combinată a primei și a doua legi ale termodinamicii, care include principalele tipuri de energie . Pentru orice sistem eterogen, acesta poate fi scris sub următoarea formă:



Această ecuație arată creșterea energiei Gibbs prin suma algebrică a incrementelor altor tipuri de energie. Este evident că energia de suprafață este capabilă să se transforme în următoarele tipuri de energie:

Transformarea energiei de suprafață într-unul dintre tipurile de energie enumerate corespunde anumitor fenomene de suprafață, cum ar fi modificarea reactivității cu modificarea dispersie , aderență și umectare , capilaritate , adsorbție , fenomene electrice.

Semnificația fenomenelor de suprafață

Fenomenele de suprafață sunt larg răspândite în ingineria chimică . Aproape orice producție chimică se realizează folosind sisteme dispersate și fenomene de suprafață. De regulă, toate procesele eterogene din tehnologia chimică sunt efectuate la suprafața maximă de contact a fazei. Pentru a face acest lucru, sistemele de materie sunt transferate în starea de suspensii, pulberi, emulsii, ceață, praf. Procesele de măcinare a materiilor prime și a produselor intermediare, îmbogățirea se desfășoară în sisteme dispersate, un rol semnificativ în ele îl joacă fenomene precum umezirea, capilaritatea, adsorbția , sedimentarea , coagularea . Adsorbanții și catalizatorii poroși, care sunt un sistem dispersat cu un mediu de dispersie solid, sunt utilizați pe scară largă în tehnologia chimică.

Modelele fenomenelor de suprafață, în special formarea structurii, servesc ca bază teoretică pentru obținerea materialelor cu proprietățile dorite: ceramică, ciment, vitroceramică, adsorbanți, catalizatori, polimeri, pulberi, medicamente etc.

Fenomene pe suprafețele apei

Există un contrast distinct între simplitatea interfeței ulei-apă în timpul inspecției vizuale și complexitatea acesteia la scară microscopică , care se manifestă în structura moleculară a interfeței și în dinamica legăturilor sale de hidrogen [2] . O cantitate imensă de muncă, începând cu Poisson și Maxwell , a fost dedicată studiului structurii apei și reactivității sale la interfață, cu toate acestea, din cauza scandalului poliapă , subiectul structurii apei a cunoscut o scădere a activității științifice [3] ] .

Fenomenele de suprafață la interfața ulei-apă stau la baza unui număr de procese chimice , fizice și biologice importante , inclusiv formarea micelelor și a membranei , plierea proteinelor , separarea chimică , recuperarea uleiului , formarea nanoparticulelor și polimerizarea interfeței . [patru]

Structura apei în contact cu suprafețele hidrofobe „extinse” care apar la interfață , de exemplu, într-o emulsie de hexan , este foarte diferită de structura învelișului substanțelor dizolvate simple fi metanul . Într -o soluție omogenă de metan, moleculele învelișului de apă sunt orientate tangențial la sfera moleculei de metan; în timp ce într-o emulsie de hexan, aproximativ 25% din moleculele de apă de suprafață pierd o legătură de hidrogen , iar grupările OH libere rezultate pătrund în micela hexan . Conform ipotezei chimiștilor Y. Chon și R. A. Markus , prezența grupărilor OH libere este motivul pentru care unele reacții organice pe suprafețele apei sunt accelerate de sute de ori. [5]

Suprafața apei în coloizi poate avea o structură de cluster formată din mai multe straturi de apă . [6]

Vezi și

Note

  1. ↑ Biletskyi, V., Shendrik, T., Sergeev, P. Derivatography as the method of water structure studying on solid mineral surface.//London-2012. Geomechanical Processes during Underground Mining - Proceedings of the School of Underground Mining, pp. 181. . Preluat la 1 decembrie 2015. Arhivat din original la 8 decembrie 2015.
  2. ↑ McFearin, Beaman, Moore et al., 2009 .
  3. ↑ Vogler, 1998 .
  4. ↑ Moore, Richmond, 2008 .
  5. ↑ Jung, Marcus, 2007 .
  6. ↑ Chaplin, 2006 .

Literatură