Конспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Com/teachinmsu

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
МАТВИЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
связи очень слабые - самые слабые из всех межмолекулярных взаимодействий. Од-
нако они являются наиболее универсальными, так как возникают между любыми
молекулами.
Межмолекулярное отталкивание
Если бы молекулы только притягивались друг к другу, это привело бы к их сли-
янию. Но на очень малых расстояниях их электронные оболочки начинают оттал-
киваться. Энергия отталкивания дается выражением 𝐸 = +𝑘/𝑟
𝑛
где 𝑘 - постоянная
отталкивания, 𝑛 принимает различные целые значения. Силы межмолекулярного
отталкивания действуют на очень малых расстояниях.
Общее уравнение межмолекулярного взаимодействия при постоянной температу-
ре (уравнение Леннарда-Джонсона) в большинстве случаев имеет вид
𝐸
𝑚
= −𝑎/𝑟
6
+ 𝑏/𝑟
12
(56)
и носит название "потенциала 6-12 поскольку энергия притяжения пропорциональ-
на 1/𝑟
6
, а энергия отталкивания 1/𝑟
12
(рис.9).
Рис. 9. Потенциал Леннарда-Джонсона
26
ВОЛЬНОЕ ДЕЛО
ФОНД

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
МАТВИЕНКО ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ
КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
Лекция 4. Термодинамика поверхностных явлений
Основные соотношения из термодинамики
По второму началу термодинамики мы можем выписать для различных процес-
сов следующие соотношения (табл.6):
Таблица 6. Соотношения различных термодинамических характеристик
обратимый процесс необратимый процесс
𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
𝑄 − 𝑇 ∆𝑆 = 0
𝑄 − 𝑇 ∆𝑆 < 0
𝑃 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
∆𝐻 − 𝑇 ∆𝑆 = 0
∆𝐻 − 𝑇 ∆𝑆 < 0
𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
, 𝑈 = 𝑄
𝑈 − 𝑇 ∆𝑆 = 0
𝑈 − 𝑇 ∆𝑆 < 0
𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
, 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ∆𝐹 = 0
∆𝐹 < 0
Если расписать подробнее, то свободная энергия Гиббса это изобарно-изотермический
потенциал 𝐺 = 𝐻 − 𝑇 𝑆, он является функцией состояния, при конечном процессе
равна ∆𝐺 = ∆𝐻 − 𝑇 ∆𝑆 = 0. Критерий равновесия в данных условиях ∆𝐺 = 0.
Свободная энергия Гельмгольца это изохорно-изотермическиий потенциал 𝐹 =
𝑈 − 𝑇 𝑆
, и критерием равновесия в изохорно-изотермической системе является ра-
венство ∆𝐹 = 0. Именно параметр 𝐹 рассматривается в изохорно-изотермических
системах (которые будут рассматриваться в дальнейшем), он связан с химическим
потенциалом уравнением
− (𝑇 𝑑𝑆 − 𝑑𝑈 ) = 𝜇𝑑𝑚 = 𝑑𝐹
(57)
при 𝑉,𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. Поэтому мы можем записать выражение
(︂ 𝜕𝐹
𝜕𝑚
)︂
𝑉,𝑇
= 𝜇
.
Термодинамика поверхности разрыва в однокомпонентной системе.
Рассмотрим следующий эксперимент: возьмем каркас, где одна из сторон по-
движна и нанесем на нее мыльную пленку (рис. 10). Приложим силу к подвижной
части каркаса. Свободная энергия Гельмгольца системы равна ∆𝐹
𝑠
= 2𝜎∆𝑙𝑑
(ко-
эффициент 2 появляется так как пленка двухсторонняя), а сила которую нужно
приложить, чтобы сдвинуть проволоку на ∆𝑙 равна 𝐹 = 2𝜎𝑑. Таким образом, мы
можем определить поверхностную энергия 𝜎 как работу, которую нужно приложить
для увеличения площади поверхности(размерность Дж/м
2
), либо как силу, которую
нужно приложить для уравновешивания возвращающей силы пленки (размерность
H/м). Данный опыт был впервые проведен Дюпре.
Фактором интенсивности поверхностной энергии является именно поверхностное
натяжение, обусловленное некомпенсированным полем межмолекулярных сил на
межфазной поверхности. Рассмотрим систему жидкость-пар (рис. 11). Гиббс ввел
27

жүктеу/скачать 3,75 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: