Адсорбция

На границе раздела фаз свойства системы изменяются скачкообразно и сопровождаются поверхностными явлениями (табл.2).

Причиной поверхностных явлений служит особое состояние молекул в слоях прилегающих к поверхности раздела

Эти слои резко отличаются по многим физико-химическим характеристикам:

1) удельной поверхностной энергии;

2) плотности;

3) вязкости;

4) электрической проводимости.

Все поверхности раздела в зависимости от агрегатного состояния граничных фаз делят на два типа: 1) ж-г; ж-ж 2) т-г; т-ж; т-т.

Поверхностные явления вызваны неравномерностью состояния молекул в объёме тела и поверхностном слое. Равнодействующая молекулярных сил на поверхности раздела фаз не равна нулю и направлена внутрь объёма той фазы, с которой взаимодействие больше.

Энергетическая неуравновешенность поверхности служит причиной возникновения свободной энергии поверхности Gs. Любая система, в которой появляется некоторый запас свободной энергии, стремится самопроизвольно перейти в состояние с наименьшим запасом энергии. Стремление системы снизить Gs, обусловливает прохождение на поверхности физико-химических явлений – адгезии, смачивания, сорбции, капиллярной конденсации.

Мерой свободной энергии поверхности является величина поверхностного натяжения – σ, которую можно представить как энергию переноса молекул из объёма тела на поверхность или как работу образования единицы поверхности.

При p, T = const Gs = σ ·S, где S – площадь поверхности раздела фаз.

Влияние поверхности раздела фаз на свойства системы возрастает с увеличением удельной поверхности (объём и масса системы остаются постоянными).

Удельной поверхностью называют отношение общей площади межфазной поверхности (s) к объёму тела:

s_уд = S/V.

Удельная поверхность линейно связана с дисперсностью D: s_уд = kD, где k -коэффициент формы частиц.

Например, для сферических частиц s_уд = 6D.

В СИ поверхностное натяжение измеряется в Дж/м².

Сила притяжения поверхностными молекулами жидкости, занимающими площадь 1 м², равна внутреннему давлению жидкости, то есть силе притяжения между молекулами глубинных слоёв жидкости в её объёме

В данном случае s - работа образования единицы поверхности – энергетический параметр в силовом выражении численно равный поверхностному натяжению.

Поверхностный слой может подвергаться воздействию температуры и состава поэтому для определения его состояния необходимо, кроме площади задать ещё две независимые переменные. При выборе в качестве переменных поверхностную энтропию Ss и количество вещества ns, получаем фундаментальное уравнение (Гиббса) объединяющее 1-й и 2-й законы термодинамики