Жоспар: Коллоидтық химия пәні

интерфейс  бар:  «қатты  -  газ»  (t-g),  «қатты  -  сұйық»  (t-g),  «сұйық  -  газ»  (l-g) 
және  үш  беттік  керілу  күші:  gtg,  Алг,  zhтж.  «T-z»  интерфейсі  «t-g» 
интерфейсімен жанасатын сызықтық шекара сулану периметрі деп аталады. 
Ылғалдандыру шарасы - қатты фаза мен үш фазаның жанасу нүктесінде (С 
нүктесі)  сұйық  бетке  түсірілген  жанаманың  арасындағы  бұрыш  ретінде 
анықталған жанасу бұрышы is. Жанасу бұрышы жанама күйден сұйық фазаға 
қарай  әрдайым  өлшенеді.  Іс  жүзінде  θ  сұйықтық  тамшысын  экранға 
шығарғанда анықталады. 
Суға  батыруға  тек  екі  фаза  қатысады  -  сұйықтыққа  толық  батырылған 
сұйықтық пен қатты зат. 
Ылғалдау,  θ  мәнімен  өлшенеді,  интерфейстердегі  σ  қатынасына 
байланысты.  Сандық  қатынасты  алу  үшін  тік  қатты  қабырғаны  сулайтын 
сұйықтықтың тепе-теңдік күйін қарастырайық (10-сурет). 
 
 
10-сурет. Шетін анықтау  байланыс бұрышы 
 
Ылғалдану  периметрін  (l)  төмен  қарай  AB  =  dh  мәні  бойынша  шексіз 
арақашықтыққа ауыстырайық. Бұл жағдайда «t-g» интерфейстерінің ds = l.dh 
ұлғаюы  және  «t-w»  және  «w-g»  беттерінің  азаюы  байқалады.  «T-g»  бетін 
ұлғайту үшін жұмыс теңге жұмсалады 
δA = σтг ds = σтг l dh. 
«T-w»  және  «w-g»  жүйелеріндегі  беттердің  кішіреюіне  байланысты 
жүйенің энергиясы мөлшерге азаяды 
l dh σtzh + l BC σzhg, мұндағы BC = dh cos θ. 
Сонда энергияның төмендеуі l dh σtzh + l dh σzhg cos θ болады 
Тепе-теңдік күйінде (dF = 0) жүйенің энергиясының азаюы мен жұмсалуы 
тең болады, яғни. 
l dh σtg = l dh σtzh + l dh σzhg cos θ, қайдан аламыз 
             cos θ = (σtg-σtzh) / σtg (1) 
Бұл теңдеу сулану шартын анықтайды және П.Лаплас теңдеуі деп аталады 
және Т.Юнг заңының математикалық өрнегі болып табылады. 
Тепе-теңдік  байланыс  бұрышының  мәндеріне  байланысты  келесі 
жағдайлар ажыратылады: 

1. Байланыс бұрышы өткір: 0 <θ <900, яғни. cos θ> 0; бұл жағдайда бетінің 
сұйықтықпен  сулануы  (немесе  «шектеулі  сулануы»)  туралы  айтады.  Лаплас 
теңдеуіне сәйкес сулану σtg> σtzh шартына сәйкес келеді. 
2.  Байланыс  бұрышы  доғал:  900  <θ  <1800,  яғни.  cos  θ  <0;  онда  бетінің 
ылғалданбауы (немесе «нашар сулануы») туралы айтады, ал σtg <σtzh. 
3.  Шарттар  θ  =  900,  яғни.  cos  θ  =  0  -  сулану  мен  суланбау  арасындағы 
шекара, ол үшін σtg = σtzh. 
4.  Тепе-теңдік  байланыс  бұрышы  орнатылмаған  және  тамшы  жұқа 
қабыршыққа таралады - бұл сұйықтықтың «толық сулануы» немесе таралуы, 
ал θ = 00, cos θ = 1 және σtg> σtzh + σlg. 
(1)  теңдеуді  қолдану  сенімді  деректердің  болмауына  байланысты  қиын 
(σtg,  σtzh).  Сондықтан  сулану  шарттарын  анықтау  үшін  тағы  бір  критерий 
қолданылады - адгезия мен когезия жұмысының қатынасы. 
Wа  адгезиясы  (жабысу)  жұмысы  екі  ұқсас  емес  денелер  арасындағы 
адгезия күштерін сипаттайды - бұл интерфазалық қабат бойымен беттің 1 см2-
ге (T = const) жарылу жұмысы. 
 
 
Сурет 11. Адгезия жұмысын анықтау. 
 
Адгезияның  ең  көп  зерттелген  түрі  сулану  болып  табылады,  яғни. 
сұйықтықтың  қатты  бетке  жабысуы  (немесе  онымен  суланбаған  басқа 
сұйықтыққа). Интерфазалық қабаттың жарылуы кезінде (АВ қабаты) екі жаңа 
бет түзіледі: сәйкесінше σtg және σzhg бар «t-g» және «g-g» беті. Бұл кезде ttzh-
мен «t-l» интерфазалық шекарасы жоғалады (11-сурет). 
Энергияны сақтау заңы бойынша бізде теңдік бар: 
σtg + σlg = σtl + Wа 
Демек, Дюпре теңдеуіне сәйкес (1869) 
Wа = σтг -σтж + σтг 
Сурет 12. Когезия жұмысын анықтау 
 

Когезия  жұмысы  (бір-біріне  жабысып)  Wc  бір  заттың  молекулалары 
арасындағы тартылыс күштерін сипаттайды - бұл біртекті көлемдік фазаның 
(мысалы, сұйықтықтың) бағанының 1 см2 көлденең қимасы бар бағанын бұзу 
жұмысы (T = const). 
Жарылған кезде g-l-мен екі бірдей бірдей «g-g» беттері түзіледі, сондықтан 
Wc = 2 σ-f (Cурет 12). 
Егер  Дюпре  теңдеуі  Лаплас  теңдеуімен  бірге  шешілсе,  келесі  өрнекті 
аламыз: 
Когезия  жұмысы  (бір-біріне  жабысып)  Wc  бір  заттың  молекулалары 
арасындағы тартылыс күштерін сипаттайды - бұл біртекті көлемдік фазаның 
(мысалы, сұйықтықтың) бағанының 1 см2 көлденең қимасы бар бағанын бұзу 
жұмысы (T = const). 
Жарылған кезде g-l-мен екі бірдей бірдей «g-g» беттері түзіледі, сондықтан 
Wc = 2 σ-f (Cурет 12). 
Егер  Дюпре  теңдеуі  Лаплас  теңдеуімен  бірге  шешілсе,  келесі  өрнекті 
аламыз: 
σtg -σtzh = σzhg cos θ = Wа -σfg 
демек cos θ = (Wа -σЖг) / σЖг немесе Wа = σЖг (1+ cos θ). 
Бұл теңдеу адгезия жұмысын табу үшін қолданылады, өйткені θ және σlg 
мәндері оңай анықталады. 
Ылғалдандыру  кезінде  cos  θ>  0,  сондықтан  Wа  -  σlg>  0.  Wа  мен  Wс 
арасындағы  байланысты  келесідей  орнатуға  болады:  σzhg  =  0,5  Wс,  содан 
кейін cos θ = (Wа -0,5 Wс) / 0,5 Wс → (2Wа - Wс) / Wс, 
анау. суландыру шарты - Wа> 0,5 Wс қатынасы және суланбау - Wа <0,5 
Wс. 
Бірінші  жағдайда  сұйықтықтың  қатты  бетпен  жанасуының  артуы 
энергетикалық тұрғыдан қолайлы (σtg> σtzh), ал екіншісінде ол қолайсыз (σtg 
<σtzh). 
Саны 
Wр = σтг -σтж-σхг 
қатты  дененің  бірлігі  сұйықтықтың  жалпақ  қабатымен  жабылған  кездегі 
жүйенің энергиясының өзгеруін білдіреді: оны жайылатын жұмыс деп санауға 
болады,  яғни.  қатты  дененің  бойымен  сулану  периметрінің  өлшем  бірлігіне 
перпендикуляр  күш.  Бұл  мән  кейде  таралу  коэффициенті  деп  аталады. 
Сұйықтықтың қатты затқа жайылуы шартқа сай келеді 
Wа> Wс және таралу коэффициенті 
Wр = σтг -σтж-σхг → Wа -σхг -σЖг → Wа -2σхг → Wа -Wс. 
Тиісінше, жақсы ылғалдану және таралу үлкен адгезия жұмысымен мүмкін 
болады, яғни. сұйық пен қатты дененің молекулалық табиғаты жақын және аз 
Wc болғанда (σlg аз болғанда). 
Сондықтан көмірсутектері және беттік  керілісі төмен басқа органикалық 
сұйықтықтар  қатты  денені  дерлік  жақсы  сулайды.  Керісінше,  химиялық 
белсенділігі төмен, liquid (≈103 мДж / м2) жоғары мәндері бар сұйық металдар 
тек қатты металдардың қышқылданбаған беттерін ылғалдандырады. Белсенді 

металдар - «тотықсыздандырғыштар» (мысалы, Ti, Mn, Zr) - кейбір оксидтерді 
ылғалдандыруға қабілетті. 
Қатты және сұйықтықтың жақындығының дәрежесін бағалау кезінде оның 
«икемділігі»  туралы  айтады.  Сонымен,  сумен  жақсы  суланған  полярлық 
беттер  гидрофильді,  ал  қатты  көмірсутектердің  (парафин,  полиэтилен)  және 
әсіресе  сумен  нашар  суланған  фторорганикалық  полимерлердің  беттері 
гидрофобты болып табылады. 
Әдебиеттер: [1-10]; [11-14];[28-33]. 

жүктеу/скачать 2,31 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: