Поверхностные явления и дисперсные системы

Скачать в pdf «Поверхностные явления и дисперсные системы»


Исследования в области наноматериалов и нанотехнологий, получившие в последние годы приоритетное развитие, приводят к созданию принципиально новых материалов с заданными свойствами. Поэтому необходимо знакомить будущих инженеров с особенностями систем, содержащих наночастицы, свойства которых тесно связаны с химией дисперсных систем и поверхностных явлений.


1. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ:


ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ


Дисперсные системы характеризуются двумя признаками: гетерогенностью (многофазностью) и дисперсностью (от dispergo — распылять) — раздробленностью одной из фаз. В этих системах велика поверхность раздела фаз и, следовательно, высока доля поверхностных частиц, что определяет свойства и поведение данных систем.


Энергия химических связей между атомами, молекулами и ионами, образующими вещество в конденсированном состоянии, больше, чем средняя энергия теплового движения частиц. Поэтому твердые тела и жидкости имеют свой объем и, соответственно, собственную поверхность — границу фазы. Частицы в объеме фазы окружены такими же частицами, их химические связи полностью реализованы, силовые поля полностью скомпенсированы. Частицы поверхностного слоя, образующие границу фазы, со стороны объема вещества имеют химические связи, подобные связям частиц в объеме, а с противоположной стороны — связи с частицами окружающей среды (рис. 1.1). Вследствие этого атомы и молекулы в поверхностных слоях образуют особую структуру, а вещество находится в состоянии, отличающемся от его состояния в объеме фазы. Это приводит к тому, что поверхностный слой обладает избыточной, или поверхностной, энергией.

Рис. 1.1. Поверхностный слой и объемные частицы


Если количество поверхностных частиц (NS) много меньше, чем объемных (NV), энергия Гиббса системы определяется термодинамическими функциями фаз:


NS << NV AG = AH — TAS,


где AH — энтальпия, AS — энтропия фаз; T — температура.


Если количество поверхностных частиц сравнимо с числом частиц в объеме (NS ~ NV), то учитывают поверхностную энергию (AGs = oS). Удельная поверхностная энергия определяется поверхностным натяжением фазы. Тогда энергия Гиббса дисперсной системы равна:

Скачать в pdf «Поверхностные явления и дисперсные системы»