Поверхностные явления, мы наблюдаем на поверхности воды, мыльной плёнки, но существуют и внутренние, скрытые поверхностные явления на различных примесях, нарушающих метастабильные состояния и ведущие к возникновению зародышей новых фаз.
Поверхностные явления в однокомпонентных системах обусловлены в основном разной концентрацией вещества в разных фазах и в некоторых случаях более или менее закономерной ориентацией молекул в поверхностном слое. Для увеличения поверхности требуется затратить работу. Величина этой работы, отнесённая к 1см2 поверхности, получила название поверхностного натяжения.
Поверхностное натяжение обозначим через δ, дин/см или эрг/см2 (эти значения численно совпадают).
Дин /см – сила на единицу длинны и эрг/см2 - энергия на единицу поверхности.
Поверхностное натяжение представляет не полную энергию поверхности, а равно максимальной полезной работе затрачиваемой на образование единицы поверхности, т. е. представляет собой удельный на1см2 изобарный потенциал поверхности -H (эрг/г).
Величина поверхности зависит от степени дисперсности (степени раздробленности) вещества или увеличении его пористости. При дроблении вещества суммарная поверхность его частиц увеличивается весьма значительно. Так, если при дроблении получены кубики с длинной ребра 10-7см (частицы таких размеров встречаются в некоторых коллоидных системах), эта поверхность равняется 6000 м2, т. е. 0,6 га.
В той или иной степени особенности свойств поверхностных слоёв вещества проявляются на любой поверхности раздела между двумя фазами.
При повышении температуры, длинна свободного пробега молекул увеличивается, связи ослабевают и поверхностное натяжение уменьшается. δ - выражает максимальную работу и равно изменению изобарно – изотермического потенциала (∆G) в этом процессе.
При образовании поверхности площадью ∆s
∆G = δ ∆s - здесь δ является фактором интенсивности, а величина поверхности – фактором экстенсивности.
Поскольку поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается (dδ/dT<0), образование новой поверхности сопровождается увеличением энтропии.
Образование поверхности происходит с поглощением теплоты из окружающей среды и сопровождается охлаждением. Для высокодисперсионных продуктов величина ∆H достигает несколько килокалорий на моль.
Условием самопроизвольного течения процессов, происходящих при постоянных температуре и давлении, служит dG<0, и, следовательно, для рассматриваемых процессов δds<0, т. е. при постоянном значении δ самопроизвольно могут протекать только процессы, сопровождающиеся уменьшением поверхности s, но не увеличением её, и условием равновесия служит минимальное значение s, т.е. ds=0 и d2s<0.
Из личного опыта. Замораживание воды средней газированности ведёт к уменьшению пузырьков газа и жидкость сжимается, при этом дисперсия достигает момента, когда подключается описанный выше процесс поглощения тепла из среды. Вода резко охлаждается и не успевает замёрзнуть, оставаясь сравнительно подвижной жидкостью.
Я пил такую воду охлаждённую до -10 С0 , она не имеет, ни запаха, ни вкуса. Как будто глотаешь густой воздух.
При -5С0, на зубах появляются льдинки, такое ощущение, что в воде добавлены мелкие кусочки укропа.
В бутылке переохлаждённая жидкость (с примесью газа) ведёт себя как обычная вода, когда взбалтываешь, пузырьки газа не выделяются, но стоит встряхнуть, жидкость мгновенно превращается в лёдяной монолит.
Описанный эффект относится к метастабильным состояниям и возникновению новых фаз, которые опишу позже.
Добавлено спустя 2 дня 10 минут 3 секунды:
Хотел было отредактировать, но время упущено, повторяю, как должно быть.
Если есть возможность, просьба администратору исправить мою оплошность.
Эта тема относится к дисциплине - Физическая Химия, но её выводы для мелкодисперсионных сред и развитие фаз в них, наблюдается и в космических масштабах, как, то конденсация звёзд , когда в газопылевой фазе силы тяготения не в состоянии этого сделать.
Поверхностные явления, мы наблюдаем на поверхности воды, мыльной плёнки, но существуют и внутренние, скрытые поверхностные явления на различных примесях, нарушающих метастабильные состояния и ведущие к возникновению зародышей новых фаз.
10февраля
Классические утверждения физической химии, относящиеся к поверхностным явлениям.
1. Поверхностные явления в однокомпонентных системах обусловлены в основном разной концентрацией вещества в разных фазах и в некоторых случаях более или менее закономерной ориентацией молекул в поверхностном слое. Для увеличения поверхности требуется затратить работу. Величина этой работы, отнесённая к 1см^2 поверхности, получила название поверхностного натяжения.
2. Поверхностное натяжение обозначим через δ, дин/см или эрг/см^2 (эти значения численно совпадают).
Дин /см – сила на единицу длинны и эрг/см^2 - энергия на единицу поверхности.
Поверхностное натяжение представляет не полную энергию поверхности, а равно максимальной полезной работе затрачиваемой на образование единицы поверхности, т. е. представляет собой удельный на1см^2 изобарный потенциал поверхности -H (эрг/г).
3. Величина поверхности зависит от степени дисперсности (степени раздробленности) вещества или увеличении его пористости. При дроблении вещества суммарная поверхность его частиц увеличивается весьма значительно. Так, если при дроблении получены кубики с длинной ребра 10^-7см (частицы таких размеров встречаются в некоторых коллоидных системах), эта поверхность равняется 6000 м^2, т. е. 0,6 га.
4. В той или иной степени особенности свойств поверхностных слоёв вещества проявляются на любой поверхности раздела между двумя фазами.
5. При повышении температуры, длинна свободного пробега молекул увеличивается, связи ослабевают и поверхностное натяжение уменьшается. δ - выражает максимальную работу и равно изменению изобарно – изотермического потенциала (∆G) в этом процессе.
При образовании поверхности площадью ∆s
∆G = δ ∆s - здесь δ является фактором интенсивности, а величина поверхности – фактором экстенсивности.
Поскольку поверхностное натяжение с повышением температуры уменьшается (dδ/dT<0), образование новой поверхности сопровождается увеличением энтропии.
Образование поверхности происходит с поглощением теплоты из окружающей среды и сопровождается охлаждением. Для высокодисперсионных продуктов величина ∆H достигает несколько килокалорий на моль.
Условием самопроизвольного течения процессов, происходящих при постоянных температуре и давлении, служит dG<0, и, следовательно, для рассматриваемых процессов δds<0, т. е. при постоянном значении δ самопроизвольно могут протекать только процессы, сопровождающиеся уменьшением поверхности s, но не увеличением её, и условием равновесия служит минимальное значение s, т.е. ds=0 и d^2 s<0.
7. Из личного опыта. Замораживание воды средней газированности ведёт к уменьшению пузырьков газа и жидкость сжимается, при этом дисперсия достигает момента, когда подключается описанный выше процесс поглощения тепла из среды. Вода резко охлаждается и не успевает замёрзнуть, оставаясь сравнительно подвижной жидкостью.
Я пил такую воду охлаждённую до -10* С , она не имеет, ни запаха, ни вкуса. Как будто глотаешь густой воздух.
При -5*С, на зубах появляются льдинки, такое ощущение, что в воде добавлены мелкие кусочки укропа.
В бутылке переохлаждённая жидкость (с примесью газа) ведёт себя как обычная вода, когда взбалтываешь, пузырьки газа не выделяются, но стоит встряхнуть, жидкость мгновенно превращается в лёдяной монолит.
Описанный эффект относится к метастабильным состояниям и возникновению новых фаз, которые опишу позже.
11 февраля
Метастабильные состояния.
8. Изменения давления насыщенного пара, растворимости и других свойств, вызываемые развитием поверхности, достигают ощутимых размеров только при очень малых размерах частиц. Так для капель воды радиусом 10^-5 см температура кипения при нормальном давлении всего на 0,174*С ниже, чем температура кипения жидкости с полной поверхностью. Может показаться, что эти эффекты вообще не заслуживают внимания. Однако они играют большую роль в процессах образования новых фаз и именно ими вызываются различные явления пересыщения.
Явление пересыщения было установлено (1795) впервые Т. Е. Ловицем, который открыл существование пересыщенных растворов и изучал их. Состояние пересыщенного пара, перегретой или переохлаждённой жидкости, пересыщенного раствора и другие подобные им являются метастабильными состояниями.
9. Возможность существования их связана С ЗАТРУДНЕНИЯМИ В ВОЗНОКНОВЕНИИ ЗАРОДЫШЕЙ НОВОЙ ФАЗЫ, так как очень малый (в первый момент) размер выделяющихся частичек новой фазы увеличивает изотермический потенциал вещества и делает эти частички менее устойчивыми. С этим же в большей или меньшей степени, связана сохраняемость метастабильных кристаллических фаз и стеклообразного состояния.
10. Рассмотрим для примера состояние пересыщенного пара. Если в нём отсутствуют какие-нибудь частицы, которые могли бы служить центрами к о н д е н с а ц и и , то пар можно довести до значительной степени пересыщения без конденсации. Это происходит потому, что очень маленькая капля жидкости которая могла бы возникнуть, обладала бы большим давлением насыщенного пара, чем давление пара над плоской поверхностью. При незначительном пересыщении пар не был бы насыщенным по отношению к этой капле и последняя стала бы в нём испаряться, а не расти.
11. Если же в паре присутствуют частички пыли, то они могут служить центрами конденсации, и пар будет конденсироваться на их поверхности при меньшей степени пересыщения, различной от размеров. Формы и материала этих частиц. Центрами конденсации могут служить те или иные ионы (камера Вильсона).
12. При отсутствии готовых центров выделения новой фазы степень пересыщения может достигать весьма больших значений. Например, вода в облаках может оставаться в жидком состоянии до температур 20* - 40* ниже 0*С.
13. Подобным же образом к и п е н и е жидкости затрудняется, если в ней отсутствуют частицы, которые могут служить центрами образования пузырьков пара; жидкость в таких случаях может легко перегреваться. Самопроизвольное образование очень маленьких пузырьков пара происходит при значительном перегреве жидкости, так как над вогнутой поверхностью пузырьков давление насыщенного пара значительно ниже, чем над плоской.
Что бы в чайнике во время кипения пузырьки пара достигли поверхности, воду необходимо нагреть до 130*С.
14. Подобным же образом влияют эти эффекты и на образование перенасыщенных растворов и переохлаждённых жидкостей. Внесение «затравки» новой фазы или введение других частиц, которые могут служить центрами её образования, всегда вызывают самопроизвольно протекающий переход в устойчивую форму.
Так как развитие поверхности влияет и на химическое равновесие, то явление пересыщения проявляются не только в фазовых переходах, но и в химических реакциях.
Различие степени пересыщения может влиять на направление процесса и на вид получаемых конечных продуктов.
О равновесии.
15. Равновесном состоянием называется такое термодинамическое состояние системы, которое не изменяется во времени, причём эта неизменяемость не обусловлена протеканием какого-либо внешнего процесса.
«Всякое равновесие лишь относительно и временно - Как говаривал Энгельс – … абсолютного покоя безусловного равновесия не существует отдельное движение стремиться к равновесию, совокупное движение снова нарушает равновесие»
16. При устойчивом равновесии (автостабильные системы) любые состояния, смежные с ним, являются менее устойчивыми, и переход к ним из состояния устойчивого равновесия всегда связан с необходимостью затраты работы из вне.
Равновесное состояние, к которому, согласно второму началу, как к пределу стремиться всякая термодинамическая система, является состоянием, наиболее вероятным в данных условиях по сравнению с любым смежным с ним состоянием.
17. Устойчивое равновесие является динамическим по характеру. Равновесное состояние сохраняется во времени не вследствии отсутствия или прекращения процесса, а в следствии протекания его одновременно в двух противоположных направлениях с одинаковой скоростью. Именно р а в е н с т в о с к о р о с т е й п р я м о г о и о б р а т н о г о п р о ц е с с о в является причиной сохранения системы без изменения во времени (при неизменности внешних условий)
Кинетика гетерогенных процессов
18. термином «фаза» обозначается совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу и по всем физическим и химическим свойствам (не зависящим от количества вещества). И ограниченных от других частей системы некоторой поверхностью - поверхностью раздела. Так . в системе, состоящей из жидкой воды и льда, имеются две фазы - жидкая вода и лёд.
19. Фазы, состоящие из одного какого-нибудь химического индивидуального вещества, наз. простыми (их называют также чистыми) а фазы, содержащие два индивидуальных вещества или больше смешанными фазами. Гетерогенные системы содержат не менее двух фаз.
Во всяком гетерогенном процессе взаимодействие происходит на поверхности раздела между фазами или в непосредственной близости от них.
20. В системах из о д н о г о к о м п о н е н т а гетерогенные процессы сводятся к переходу его из одной фазы в другую без изменения химического состава фаз.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
просто набор букв.
Да да я всё понимаю что взаимодействие направленных полей будет осуществлять давление равноценное как на предмет так и обратное.
как например с пистолетом на жоском креплении с мешенью причём после выстрела вес пистолета вдруг превращаеться в вес пенопластового пистолета.