Добро пожаловать!

Сайт студент-строитель рассчитан на широкую аудиторию читателей и поэтому подойдет не только для студентов, но и для тех людей, которые интересуются строительством в профессиональных целях!

Студент-строитель – сайт для решения строительных проблем!

Поверхностное натяжение жидкости


Адсорбция на поверхности раздела жидкость-газ играет существенную роль в процессах очистки воды, в частности, при удалении поверхностно- активных веществ флотацией. Из-за однородности и гладкости поверхности жидкости, те представления, которые используются для описания адсорбции на границе твердое тело-жидкость, совершенно неприложимы к описанию адсорбции на границе жидкость-газ. Очевидно, из-за равноценности всехучастков поверхности и теплового движения ее молекул, нельзя говорить о каком-нибудь определенном закреплении молекул адсорбтива в определенных местах. Молекулы адсорбтива также находятся в тепловом движении и способны свободно перемещаться по поверхности. Для описания процессов адсорбции на границе жидкость-газ потребуется понятие о поверхностном натяжении.

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение обусловлено внутренним давлением, которое втягивает молекулы, расположенные на поверхности жидкости, и тем самым стремится уменьшить эту поверхность до минимальных размеров. Сила, действующая на единицу длины границы раздела фаз и стремящаяся сократить поверхность жидкости, называется силой поверхностного натяжения. Эта сила всегда направлена тангенциально к поверхности жидкости. Величина поверхностное натяжения численно равна величине удельной свободной энергии. Удельная свободная энергия равна работе, необходимой для создания единицы поверхности жидкости в изотермических условиях.

Понятие о поверхностно-активных веществах. Изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции.

Одним из основных свойств поверхностно-активных веществ является их способность адсорбироваться из объема жидкости, где они растворены, на поверхности этой жидкости. Способность адсорбироваться на поверхности обусловлено тем, что взаимодействие между молекулами поверхностно-активных веществ и молекулами жидкости меньше, чем взаимодействие между молекулами жидкости. Поэтому молекулы поверхностно-активных веществ будут преимущественно выталкиваться из объема жидкости на поверхность.

В результате накопления на поверхности жидкости молекул веществ, слабо взаимодействующих с молекулами жидкости, межмолекулярное взаимодействие в поверхностном слое в целом уменьшится, а, следовательно, упадет поверхностное натяжение. Чем больше будет концентрация таких веществ в поверхностном слое, тем меньше будет поверхностное натяжение.

Существуют вещества и с противоположными свойствами, так называемые поверхностно-инактивные. Поверхностно-инактивные вещества стремятся уйти с поверхности жидкости. Это происходит потому, что взаимодействие между молекулами поверхностно-инактивных веществ и молекулами жидкости всегда больше, чем взаимодействие между самими молекулами жидкости. Концентрация поверхностно-инактивных веществ в объеме жидкости всегда больше, чем в поверхностном слое, а поверхностное натяжение в их присутствии увеличивается. Есть также вещества, не изменяющие поверхностного натяжения.

Относительно воды поверхностно-активными веществами являются многие органические соединения с гетерополярным (дифильным) строением молекул. Обладающая значительным дипольным моментом и хорошо гидратируемая полярная группа (-СООН, -ОН, -NН2, -СН, -СN) являющаяся частью молекулы поверхностно-активного вещества, обусловливает сродство этого вещества к воде, т.е. его растворимость, а гидрофобный радикал, составляющий вторую часть молекулы, является причиной пониженной растворимости этого вещества. Поверхностно-инактивными веществами являются все неорганические электролиты, а также некоторые органические вещества, например, муравьиная, аминоуксусная кислота. Примером вещества, не влияющего на поверхностное натяжение, является сахар.

Кривая, характеризующая влияние концентрации вещества на поверхностное натяжение при постоянной температуре, носит название изотермы поверхностного натяжения. На рисунке приведены изотермы поверхностного натяжения для различных веществ.

Рис. Изотермы поверхностного натяжения
1 – изотерма для поверхностно-активного вещества;
2 – изотерма для поверхностно-инактивного вещества;
3 – изотерма для вещества, не влияющего на поверхностное
натяжение.

При повышении концентрации поверхностно-активного вещества поверхностное натяжение сначала падает почти по прямолинейному закону. Затем следует криволинейный участок, что соответствует средним концентрациям поверхностно-активных веществ. При этих концентрациях значительная часть поверхности занята молекулами поверхностно-активного вещества, что снижает дальнейшую его адсорбцию в поверхностном слое. Большим концентрациям на изотерме отвечает почти горизонтальный участок, показывающий, что поверхностное натяжение мало зависит от концентрации и при этих условиях поверхностно-активное вещество образует на поверхности сплошной мономолекулярный слой и дальнейшая адсорбция уже невозможна.

При повышении концентрации в жидкости поверхностно-инактивного вещества изотерма полого поднимается. Это объясняется тем, что поверхностно-инактивное вещество, благодаря большому взаимодействию с молекулами воды , уходит в объем жидкости, а на границе раздела фаз имеется лишь сравнительно небольшая часть этого вещества, попадающая туда из объема в результате диффузии, что несколько увеличивает поверхностное натяжение. Наконец, при повышении концентрации веществ, не влияющих на поверхностное натяжение, изотерма представляет собой прямую, параллельную оси концентраций.

Следует отметить, что поверхностная активность вещества зависит не только от его природы , но от свойств жидкости. Если жидкость имеет высокое поверхностное натяжение, то данное вещество может проявлять значительную поверхностную активность. Если же жидкость имеет малое поверхностное натяжение, те же вещества могут стать даже поверхностно-инактивными. Вода обладает большим поверхностным натяжением, поэтому многие вещества проявляют по отношению к ней поверхностную активность.

Поверхностное натяжение жидкости – статья на сайте “студент-строитель.ру”

Водоснабжение и водоотведение