Термодинамика поверхностных явлений

Термодинамика поверхностных явлений

Свободная поверхностная энергия границы раздела фаз. Поверхностные силы. Поверхностное натяжение. Понятие о методе слоя конечной толщины. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (по Гиббсу). Поверхность разрыва и разделяющая поверхность. Термодинамические характеристики поверхностного слоя: полная энергия, свободная энергия и энтропия. Влияние температуры на избыточные термодинамические функции поверхностного слоя индивидуальных жидкостей. Критическая температура. Поверхностная энергия и взаимодействия между молекулами (атомами, ионами) в конденсированной фазе. Работа когезии. Дисперсионные и недисперсионные взаимодействия в полярных и неполярных фазах. Поверхность раздела между конденсированными фазами. Работа адгезии, ее связь с характеристиками межмолекулярного взаимодействия.

Смачивание и капиллярные явления

Смачивание. Краевой угол смачивания. Термодинамические условия смачивания и растекания. Влияние шероховатости и химической неоднородности твердой поверхности на смачивание. Избирательное смачивание. Гидрофильность и гидрофобность поверхности твердых тел; количественные характеристики гидрофильности и гидрофобности твердых тел и порошков. Капиллярные явления. Капиллярное давление.

Адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ)

Адсорбция как процесс концентрирования веществ в поверхности раздела фаз. Величина адсорбции как избыточное количество вещества в поверхностном слое (по Гиббсу). Выбор разделяющей поверхности. Уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Поверхностная активность. Относительность понятия «поверхностная активность». Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Влияние строения молекул ПАВ на поверхностную активность. Адсорбция растворимых ПАВ. Уравнение Ленгмюра для мономолекулярной адсорбции. Условие равновесия адсорбционного слоя и объема раствора. Работа адсорбции. Движущая сила процесса адсорбции. Строение адсорбционных монослоев растворимых ПАВ и расчет размеров молекул. Адсорбционные слои нерастворимых ПАВ. Поверхностное давление. Изотермы двухмерного давления: уравнения состояния для идеального и реального газов. Tипы пленок: газообразные, жидкорастянутые, жидкие, твердые. Условия перехода пленки от одного типа к другому. Модифицирующее действие ПАВ: гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности. Применение ПАВ для управления процессами смачивания и избирательного смачивания твердых тел. Классификация органических ПАВ по молекулярному строению: ионогенные (анион- и катионактивные, амфолитные), неионогенные. Высокомолекулярные ПАВ (примеры, отличия от низкомолекулярных ПАВ). Классификация ПАВ по механизму их действия (смачиватели, диспергаторы, стабилизаторы, моющие вещества).

Электроповерхностные явления в дисперсных системах

Двойной электрический слой (ДЭС). Причины образования ДЭС на поверхности раздела твердое тело – раствор. Условие равновесия между заряженной поверхностью и раствором электролита. Строение ДЭС: модель плоского конденсатора (Гельмгольц); учет теплового движения ионов (модель Гуи-Чепмена); роль химической природы ионов (теория Штерна-Гельмгольца). Уравнение Пуассона-Больцмана для диффузной части ДЭС.

Изменение потенциала в плотной и диффузной части в зависимости от расстояния от поверхности для сильно и слабо заряженных поверхностей.

Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы течения и оседания. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Уравнения Гельмгольца-Смолуховского для электрофореза и электроосмоса. Экспериментальное определение электрокинетического потенциала. Практические приложения электрокинетических явлений.

Строение мицеллы гидрофобного золя. Влияние концентрации и природы электролита (индифферентные и неиндифферентные электролиты) на строение ДЭС и величину электрокинетического потенциала. Изоэлектрическое состояние в дисперсных системах. Основы ионного обмена. Лиотропные ряды.

Термодинамика поверхностных явлений

Свободная поверхностная энергия границы раздела фаз. Поверхностные силы. Поверхностное натяжение. Понятие о методе слоя конечной толщины. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (по Гиббсу). Поверхность разрыва и разделяющая поверхность. Термодинамические характеристики поверхностного слоя: полная энергия, свободная энергия и энтропия. Влияние температуры на избыточные термодинамические функции поверхностного слоя индивидуальных жидкостей. Критическая температура. Поверхностная энергия и взаимодействия между молекулами (атомами, ионами) в конденсированной фазе. Работа когезии. Дисперсионные и недисперсионные взаимодействия в полярных и неполярных фазах. Поверхность раздела между конденсированными фазами. Работа адгезии, ее связь с характеристиками межмолекулярного взаимодействия.