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Fenomeni di interfaccia
Questa è una mappa mentale sui fenomeni di interfaccia. I contenuti principali includono: 5. Superficie della soluzione, 4. Interfaccia solido-liquido s-l, riepilogo del capitolo, 5. Applicazione della chimica delle superfici, 3. Superficie solida [in particolare interfaccia g-s], 2. Superficie. proprietà del liquido [interfaccia g-l], 1. Tensione interfacciale.
Modificato alle 2024-04-09 22:33:45
- Breve storia del tempo
Questa è una mappa mentale su una breve storia del tempo. "Una breve storia del tempo" è un'opera scientifica popolare con un'influenza di vasta portata. Non solo introduce i concetti di base della cosmologia e della relatività, ma discute anche dei buchi neri e dell'espansione dell'universo. questioni scientifiche all’avanguardia come l’inflazione e la teoria delle stringhe.
- Il coraggio di essere odiato
Dopo aver letto "Il coraggio di essere antipatico", "Il coraggio di essere antipatico" è un libro filosofico che vale la pena leggere. Può aiutare le persone a comprendere meglio se stesse, a comprendere gli altri e a trovare modi per ottenere la vera felicità.
- Appunti di lettura di Il coraggio di non piacere.
"Il coraggio di essere antipatico" non solo analizza le cause profonde di vari problemi nella vita, ma fornisce anche contromisure corrispondenti per aiutare i lettori a comprendere meglio se stessi e le relazioni interpersonali e come applicare la teoria psicologica di Adler nella vita quotidiana.
Fenomeni di interfaccia
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Fenomeni di interfaccia
1. Tensione interfacciale
interfaccia
definizione
Zona di transizione tra due fasi a stretto contatto (diversi strati molecolari spessi)
L'interfaccia aria-aria non esiste! !
Le proprietà della fase superficiale e della fase sfusa sono molto diverse Nei sistemi generali, il numero di molecole nella fase di interfaccia << nella fase di massa
I sistemi con ampie superfici richiedono considerazioni sulla fase interfacciale ad esempio acqua nebulizzata, grigio gesso
Descrivere la dimensione della superficie ---> Superficie specifica a (s) Unità: m^2/g
Fenomeni di interfaccia
Le forze sulle molecole nello strato di interfaccia sono diverse dalle forze sulle molecole interne, quindi presentano alcune proprietà speciali. Ciò si traduce in fenomeni di interfaccia.
La particolarità della fase di interfaccia
Le molecole della fase superficiale sono soggette a forze speciali
f: forza di attrazione verso l'alto, la forza del gas sopra; F: forza di attrazione verso il basso, la forza delle molecole sotto f<F--->Le molecole della fase superficiale sono soggette ad una forza netta verso il basso
Le molecole della fase superficiale hanno un'energia speciale
Ci vuole lavoro per spostare le molecole sfuse in superficie
Gli effetti dell’interfaccia non possono essere ignorati nei sistemi altamente dispersi
superficie
Se una delle due fasi a stretto contatto è un gas, si chiama superficie.
1.1 Tensione superficiale, lavoro superficiale e funzione superficiale di Gibbs dei liquidi "γ"
La causa principale dei fenomeni di interfaccia
Le molecole nello strato superficiale si trovano in un campo di forza asimmetrico - tensione interfacciale
risultato
La superficie del liquido tende a restringersi automaticamente;
Le molecole dello strato interfacciale hanno la tendenza a combinarsi spontaneamente chimicamente o fisicamente con molecole estranee.
lavoro di superficie Superficie specifica per unità di area γ Unità: J/m^2 (Il lavoro superficiale specifico comporta un aumento dell'energia molecolare e un aumento dell'area superficiale)
PS
Il lavoro sul volume provoca un cambiamento di volume
L'energia elettrica provoca variazioni di ΔrGm
Significato fisico: in condizioni di temperatura costante, pressione costante e composizione invariata, spostare in modo infinitamente lento una certa quantità di molecole della fase sfusa nella fase superficiale, aumentando l'enorme area superficiale. Il lavoro svolto per unità di area
Funzione di Gibbs superficiale/energia superficiale Unità: J/m^2
Significato fisico: velocità di variazione della funzione di Gibbs con area superficiale a temperatura e pressione costanti.
ΔG=γ*ΔAs
Tensione interfacciale γ Unità: N/m, J/m^2
La forza per unità di lunghezza che agisce su un'interfaccia di lunghezza unitaria e provoca il restringimento della superficie del liquido
Direzione - direzione tangenziale, comprimendo il livello del liquido
Tra le figure geometriche di uguale volume, la forma sferica ha la superficie minore.
Luogo d'azione - superficie
Ragione dell'esistenza
La forza è asimmetrica e le molecole nella fase superficiale devono entrare nella fase di massa, riducendo così l'area superficiale.
La temperatura è costante e la tensione superficiale è costante
Fattori che influenzano la tensione interfacciale (B: Proprietà della materia)
①Relativo alla natura della materia
Maggiore è l'interazione intermolecolare, maggiore è γ
②Fase di contatto
per esempio.
③Temperatura e pressione
Caso limite: T--->Tc, γ-->0
All’aumentare di T, le molecole del liquido si muovono violentemente, la forza interna delle molecole del liquido diminuisce, il grado di asimmetria della forza diminuisce e la tensione superficiale diminuisce.
④Dispersione
Tensione superficiale e tensione interfacciale liquido/liquido di alcuni liquidi e solidi
La funzione di Gibbs superficiale, il lavoro superficiale e la tensione superficiale sono il risultato dell'osservazione dello stesso fenomeno da diverse angolazioni, quindi i loro valori sono uguali e le loro dimensioni sono le stesse, tutte g, ma i loro significati fisici sono diversi.
1.2 Formula termodinamica
Formula termodinamica per sistemi multifase multicomponente (considerando il lavoro di interfaccia)
[Selezione del test] Prestare attenzione alla relazione corrispondente tra i pedici e ()
Generalmente, questo metodo non viene utilizzato per trovare la tensione superficiale.
Applicazione --- Spiegare i fenomeni di interfaccia
Base: ΔG<0
1. Fenomeno: il liquido assume automaticamente una forma sferica Spiegazione: l'area superficiale As diminuisce durante il processo, facendo sì che ΔG si muova nella direzione <0
2. Fenomeno: le superfici solide e liquide assorbono automaticamente altre sostanze Spiegazione: Il processo riduce la tensione interfacciale γ....
2. Proprietà superficiali del liquido [interfaccia g-l]
2.1 Pressione aggiuntiva sulla superficie liquida curva [Risposta breve/calcolo del test]
Cause di ulteriore stress
Direzione γ: tangente alla palla
superficie liquida convessa
Dopo che le forze agenti sulle due tensioni superficiali γ si sono scomposte, non possono essere completamente compensate e si combinano in una forza verso il basso Δp; p(l): direzione verso l'alto, forza derivante dal sollevamento del liquido verso l'alto; p(g): direzione verso il basso, pressione del gas sovrastante sul liquido; ------>p(l)=p(g) Δp
Superficie liquida concava
Dopo che le forze agenti sulle due tensioni superficiali γ si sono scomposte, non possono essere completamente compensate e combinarsi in una forza ascendente Δp; p(l): direzione verso l'alto, forza derivante dal sollevamento del liquido verso l'alto; p(g): direzione verso il basso, pressione del gas sovrastante sul liquido; ------>p(g)=p(l) Δp
Si precisa che il lato del centro di curvatura è “interno”: Δp=p (interno) - p (esterno) > 0
Calcolo della pressione aggiuntiva
L'equazione di Laplace
【Ricorda/Prova】 Δp=p(interno)-p(esterno)=2γ/r Direzione: tangente alla palla e verso il centro della depressione
Derivazione
1.Δp=F/A 2. Direzione Δp: punta verticalmente al centro del cerchio, quindi anche la forza F corrispondente deve essere nella direzione verticale. 3.γ*cosa: forza verso il basso per unità di lunghezza (un punto); 4. La forza F è la forza risultante verso il basso in ciascun punto del perimetro esterno
Per le bolle di sapone nell'aria, ci sono due superfici, quella interna e quella esterna, che producono entrambe una pressione aggiuntiva verso il centro della sfera, quindi ci sono:
Piano della superficie dell'acqua: r=∞, Δp=0
Avviso
L'equazione di Laplace è applicabile solo al calcolo della pressione aggiuntiva in piccole goccioline sferiche o piccole bolle sferiche nei liquidi.
La pressione all'interno della superficie curva (concava) > la pressione all'esterno della superficie curva (convessa), Δp>0
Minore è r (raggio), maggiore è Δp; maggiore è r, minore è Δp
Superficie liquida piana r--->∞, Δp--->0
Δp punta sempre al centro della sfera
riepilogo
Una pressione aggiuntiva è generata dalla pressione superficiale
Il valore della pressione aggiuntiva dipende dal raggio di curvatura
PS:
direzione della pressione aggiuntiva
Applicazione di pressione aggiuntiva
1. Fenomeno capillare: calcolare l'altezza crescente
Quando un tubo capillare viene inserito in un liquido, il livello del liquido nel tubo aumenterà o diminuirà, fenomeno chiamato fenomeno capillare. L'essenza è che sulla superficie curva del liquido viene esercitata una pressione aggiuntiva.
1. Se il livello del liquido non si muove e si trova sulla linea bianca, è possibile calcolare la pressione del liquido sottostante <la pressione del liquido su entrambi i lati 2. Poiché la superficie piana del liquido è in uno stato stazionario, l'equilibrio meccanico è in questo momento, p (g) = p (l)
r: raggio del tubo capillare
riepilogo
sottoargomento
2. Calcola la tensione superficiale Δp=p(interno)-p(esterno)=2γ/r
1. Durante l'esperimento, pompare il liquido nel tubo capillare fino al livello della superficie piana del liquido. 2. Pressione relativa alla misurazione della pressione differenziale
2.2 Superficie liquida curva/pressione del vapore saturo di minuscole goccioline [L'influenza di Δp su p*]
revisione
Pressione di vapore saturo p*=f (T (l), p (l))
La quantità fisica che descrive la vaporizzazione del liquido appartiene alle proprietà del liquido; Numericamente = la pressione della fase gassosa all'equilibrio gas-liquido
Più è grande, più è facile vaporizzare e più basso è il punto di ebollizione.
p*&T(l)
Equazione grammo-grammo: p*=f(T(l))
PS: derivazione Gassificazione reversibile --- equilibrio di fase (potenziale chimico uguale ---> G uguale)
All’aumentare della temperatura, p* aumenta
p*&p(l)
Bilancio termico: T(l)=T(g) Equilibrio delle forze: broncio = p(l) Equilibrio di fase: p(g)=p* Membrana semipermeabile! =pistone:p(l)! =p(g) Equilibrio gas-liquido: i potenziali chimici sono uguali--u(g)=u(l)---G(l)=G(g)
Formula Kelvin [nota/test]
superficie liquida convessa
pr:: pressione di vapore saturo della superficie p: pressione di vapore saturo Vm: volume molare del liquido
Derivazione
Fayi
Metodo 2 Quando la superficie del liquido è piatta, p(l)=p(g)--->Quando la superficie del liquido cambia da una superficie liquida piatta a una superficie liquida convessa, La pressione del liquido cambia da p(l) a p(g) Δp=p(l) Δp [p(l): pressione originale del liquido]
Insomma
Ad una certa temperatura, più piccola è la gocciolina, maggiore è la pressione del vapore saturo [minore è r, maggiore è pr]; quando il raggio è ridotto a 10^-9 m, la sua pressione di vapore saturo è quasi tre volte quella del liquido piatto superficie
Superficie liquida concava
Derivazione
Fayi
Metodo 2
Riassumere
1. La pressione di vapore pr della superficie convessa del liquido > la pressione di vapore saturo p della superficie piatta del liquido
La fase liquida con una superficie liquida convessa ha maggiori probabilità di vaporizzare
2. Il cannone e la pressione di vapore pr della superficie concava del liquido < la pressione di vapore saturo p della superficie piatta del liquido
La fase liquida nella superficie liquida concava è più facile da liquefare
2.3 Fenomeni specifici d'interfaccia causati da Δp
Stato metastabile e formazione di nuove fasi
Stato metastabile: uno stato termodinamicamente instabile ma che può esistere stabilmente in determinate condizioni.
Motivo: è difficile generare nuovi semi di fase
Elimina lo stato metastabile - aggiungi nuovi semi di fase: zeolite, cristallo di semi
L'aumento della dispersione del sistema e la diminuzione della dimensione delle particelle fanno sì che la pressione del vapore saturo delle goccioline di liquidi e delle particelle solide sia maggiore di quella dei liquidi e dei solidi ordinari. Ciò deve essere considerato solo quando la dimensione delle particelle è molto piccola.
In processi come la condensazione del vapore, la solidificazione e l'ebollizione dei liquidi e la cristallizzazione della soluzione, nuove fasi nascono da zero. La dimensione iniziale è estremamente piccola e l'area superficiale specifica e la funzione di Gibbs superficiale sono entrambe molto grandi difficile e si verificheranno alcuni problemi. Stato speciale: stato metastabile
①Vapore sovrasaturo - precipitazioni artificiali
Teoricamente
Condizioni di liquefazione: p(esterno)>p*
In realtà: non liquefatto - vapore sovrasaturo
causa
La pressione di vapore pr delle minuscole goccioline appena generate (nuova fase) > la pressione di vapore della superficie piatta del liquido = la pressione atmosferica esterna p [Più piccolo è r, maggiore è pr]
Soluzione
PS: Quando gas e liquido sono in equilibrio, p(l)=p(g)
②Liquido surriscaldato: fenomeno di bumping
Ebollizione: fenomeno della vaporizzazione all'interno di un liquido
Condizioni di ebollizione: p*>p(esterno)
Se il livello del liquido è molto basso
p(esterno)=101,325kPa
Se il livello del liquido è molto profondo (fondale marino)
p (esterno) rappresenta la pressione nella posizione di ebollizione // la pressione del gas all'esterno della bolla
causa
Pressione delle bolle piccole pr > pressione atmosferica esterna
È difficile che le bolle scoppino e arrivino a bollire, e il vero punto di ebollizione T >> quando le piccole bolle escono dalla superficie del liquido provoca un'ebollizione irregolare.
Metodo di eliminazione: aggiungere zeolite
③Liquido superraffreddato
Causa: ad una certa temperatura, la pressione di vapore saturo di minuscoli cristalli > la pressione di vapore saturo di cristalli ordinari
ur: stato di piccole particelle; ur>u, poiché il materiale cambia nella direzione del basso potenziale chimico, le piccole particelle si dissolvono
Ps: Quando la fase è in equilibrio, u(s)=u(l)
④Soluzione sovrasatura
Causa: Alla stessa temperatura, la solubilità delle piccole particelle > la solubilità dei cristalli ordinari
Metodo di eliminazione: mettere nel seme di cristallo
Riassunto capitolo
Formula principale
concetto di base
Tipo di calcolo
5. Applicazione della chimica delle superfici
1. Tensioattivo
Generalmente le molecole del tensioattivo sono composte da gruppi polari idrofili (gruppi idrofili) e gruppi idrofobici (lipofili) non polari.
la disposizione delle molecole
Innanzitutto, il gruppo idrofobo viene espulso dalla superficie dell'acqua e si estende nell'aria, mentre il gruppo idrofilo rimane nell'acqua. Di conseguenza, le molecole del tensioattivo si orientano e si dispongono sull'interfaccia per formare una pellicola superficiale a molecola singola;
In secondo luogo, le molecole di tensioattivo disperse nell'acqua si combinano tra loro con le loro parti non polari per formare aggregati multimolecolari con gruppi idrofobi rivolti verso l'interno e gruppi idrofili rivolti verso l'esterno, chiamati colloidi o micelle associative.
pressione superficiale
Le molecole della pellicola superficiale subiscono un movimento termico sul piano bidimensionale ed esercitano una pressione sui bordi circostanti, chiamata pressione superficiale. Nella direzione opposta alla tensione superficiale, la tensione superficiale si riduce.
concentrazione micellare critica
Concentrazione minima di tensioattivo necessaria per formare micelle critiche
Cambiamenti nelle proprietà dei tensioattivi
2. Applicazione e classificazione dei tensioattivi
5. Superficie della soluzione
revisione
Superficie del liquido: ridurre la superficie ---- piegare (La tensione superficiale non può essere modificata ed è una costante)
Superficie solida: riduzione delle forze asimmetriche ---- adsorbimento (gas).
Interfaccia solido-liquido: fenomeno della bagnatura
La ragione fondamentale di questi fenomeni superficiali: forze asimmetriche sulle molecole della fase superficiale e incarnare la spontaneità nella termodinamica
Ispirare
Determina se esiste/si verifica un fenomeno di interfaccia<--->G<0
Promuovere il fenomeno --->Ridurre la tensione superficiale γ//Ridurre l'area superficiale As
estensione
Superficie della soluzione: ridurre la tensione superficiale modificando la composizione della fase superficiale (La tensione superficiale della soluzione è correlata alla composizione della superficie)
Fenomeni di adsorbimento superficiale delle soluzioni
motivo essenziale
La concentrazione della fase superficiale σ della soluzione non è uguale alla concentrazione della fase sfusa.
A temperatura e pressione costanti, γ~f (cB)
Ottenuto attraverso esperimenti
Ⅰ: cB aumenta, γ aumenta, G aumenta, fB aumenta
Ⅱ: cB aumenta, γ diminuisce, G diminuisce e fB diminuisce
Ⅱ: cB aumenta, γ diminuisce, G diminuisce, fB diminuisce
Causa
Risolvi la situazione delle forze e la situazione G: f è positivamente correlato a G
a.fa>fb Risultato: adsorbimento positivo G<0, spontaneo
Analisi della forza
a tende ad entrare nella fase bulk, la concentrazione di B nella fase superficiale > la concentrazione di B nella fase bulk --- > aumenta la concentrazione di B nella fase interfaccia
Ricerca sulla termodinamica
Quando a entra nella fase di massa, la concentrazione della fase superficiale a diminuisce, fa diminuisce e G diminuisce
B è una sostanza tensioattiva
b.fa<fb Risultato: adsorbimento negativo G<0, spontaneo
Analisi della forza
B tende ad entrare nella fase bulk e la concentrazione di B nella fase superficiale <la concentrazione di B nella fase bulk ---> la concentrazione di B nella fase interfaccia diminuisce
Ricerca sulla termodinamica
Come sopra
A è una sostanza tensioattiva
Sal
Sostanze tensioattive: componenti che sopportano meno forza (componenti che possono ridurre la tensione superficiale)
risultato
Il fenomeno dell'adsorbimento superficiale rende le sostanze tensioattive nella fase superficiale relativamente arricchite.
Descrizione - Capacità di assorbimento superficiale (eccesso superficiale) [Può descrivere quantitativamente l'adsorbimento positivo e l'adsorbimento negativo]
proporre
definizione
La differenza tra la quantità di soluto nella fase superficiale per unità di superficie e la quantità di soluto disciolto nella fase massiva con una uguale quantità di solvente nella fase superficiale
Derivazione
Se ci sono n(a), n(b) nella fase superficiale e N(B) nella fase di massa
N(B): La quantità di sostanza soluta disciolta nella fase massiva da un solvente con la stessa quantità di sostanza di n(a) nella fase superficiale.
es. Se ci sono 10 mol di solvente nella fase superficiale, quante moli di soluto possono essere sciolte nella fase massiva da queste 10 mol di solvente?
Nota: N (B) non rappresenta la quantità di B nella fase massiva, ma è una proprietà correlata ad a nella fase superficiale - una misura del numero di moli di b che possono essere disciolte con lo stesso numero di moli di a nella fase superficiale.
Regolamento
Calcolo della quantità di adsorbimento superficiale: isoterma di adsorbimento di Gibbs··
Processo di derivazione specifico
a.Fase corporea
Formula di Gibbs-Duhem
Derivazione
Impostare le formule Formule termodinamiche
impostare la formula
formula termodinamica
Combina i due per ottenere la formula
b. Fase superficiale
Formula di Gibbs-Duhem
Derivazione
Impostare le formule Formule termodinamiche (Notare il contributo della tensione superficiale)
impostare la formula
formula termodinamica
Combina i due per ottenere la formula
Regolamento
Come ottenere la grandezza della forma parziale?
Misurare la curva di relazione γ~c della sostanza B per ottenere la pendenza alla concentrazione target, ottenendo così la quantità di adsorbimento superficiale
Quantità massima di adsorbimento superficiale: la fase superficiale è occupata da B
calcolare
Applicazione - Determinazione dell'area molecolare a (m) delle sostanze tensioattive
revisione
Isoterma di Langmuir
Durante l'adsorbimento a strato singolo, quando viene raggiunta la quantità massima di adsorbimento, è possibile ottenere l'area delle molecole di gas.
Quando viene raggiunta la quantità massima di adsorbimento superficiale, la fase superficiale è completamente occupata da B. Qual è l'area molecolare superficiale di B in questo momento?
Formula di assorbimento
am: area di una molecola di soluto
L: costante di Avogadro =6.02214076×10²³
4. Interfaccia solido-liquido sl
Stendere e inumidire
inumidire
Il processo mediante il quale il gas viene sostituito da un liquido su una superficie solida. superficie s-g--->superficie s-l
Modello generale di bagnatura
Equazione di Young
1. Il punto O è l'intersezione delle interfacce s, l e g: esistono tre tipi di tensioni interfacciali 2. Direzione γ (l): la direzione in cui diminuisce la superficie del liquido. 3. Direzione γ (s): la direzione in cui diminuisce la superficie del solido. 4. Direzione γ (ls): la direzione in cui diminuisce la superficie dell'interfaccia solido-liquido. 5. Angolo di contatto q: l'angolo tra la linea tangente tra l'interfaccia sl e l'interfaccia gl
Classificazione
Bagnare [processo spontaneo]
definizione
Il processo in cui le superfici solide e liquide vengono sostituite dalle interfacce SL
leggi della termodinamica
ΔGa
Derivazione
1.ΔG(l)=G(stato finale)-G(stato iniziale)=0-γ(l)*As 2.ΔGa=ΔG/As---->Più piccolo è il ΔGa, maggiore è il grado di bagnatura 3.w'(a): Lavoro di bagnatura (=differenza nella tensione superficiale [solo γl è facile da ottenere]), J/m^2---->Maggiore è il lavoro di bagnatura, maggiore è il grado di bagnatura
E' spontaneo?
SÌ
inzuppato
definizione
Il processo in cui la superficie solida viene completamente sostituita dall'interfaccia SL
La legge della termodinamica ΔGi
ΔGl=0: La superficie del liquido rimane invariata prima e dopo la bagnatura. w'(i): Lavoro di bagnatura (=differenza nella tensione superficiale [solo γl è facile da ottenere]), J/m^2---->Maggiore è il lavoro di bagnatura, maggiore è il grado di bagnatura
E' spontaneo?
q<=90°
Bagnatura/bagnatura spontanea
q=180 [s e io si toccano semplicemente/l'area di contatto ha solo la dimensione di 1 punto]
Completamente non bagnabile [situazione ideale]
90°<q<=180°
Non umido
q=0
Completamente bagnato//spalmato
PS: è meglio giudicare la dimensione dei ΔG attraverso il calcolo di S per determinare se si è verificata una diffusione.
diffusione
definizione
Una piccola quantità di liquido si dispiega spontaneamente sulla superficie solida, sostituendo la superficie solida con l'interfaccia SL
Legge termodinamica ΔGs
S: Coefficiente di diffusione, differenza nella tensione interfacciale, J/m^2--->Maggiore è il coefficiente di diffusione, maggiore è il grado di diffusione e più facile è diffondersi.
E' spontaneo?
q=0
diffondersi spontaneamente
PS: è meglio giudicare la dimensione dei ΔG attraverso il calcolo di S per determinare se si è verificata una diffusione.
assorbimento superficiale delle soluzioni
(1) Adsorbimento superficiale e tensione superficiale della soluzione
Quando un soluto viene aggiunto a un solvente, la tensione superficiale della soluzione cambia
assorbimento sulla superficie della soluzione
Il fenomeno per cui la concentrazione del soluto nello strato superficiale di una soluzione è diversa da quella nella fase di massa
Viene raggiunto un equilibrio tra adsorbimento superficiale e diffusione della concentrazione.
(2) Isoterma di adsorbimento di Gibbs
Quantità di assorbimento superficiale (quantità in eccesso superficiale) G
La quantità di materiale contenente soluto nello strato superficiale per unità di superficie è La differenza nella quantità di soluto contenuta nella stessa quantità di solvente nel corpo della soluzione, l'unità è mol/m2
Isoterma di adsorbimento di Gibbs
Nella formula, g è la tensione superficiale e c è la concentrazione apparente della soluzione.
Misurando la tensione superficiale di una soluzione mentre cambia con la concentrazione, è possibile calcolare l'eccesso superficiale a diverse concentrazioni.
3. Superficie solida [in particolare l'interfaccia G-S]
assorbimento superficiale solido
Diverse parti della superficie solida hanno diverse attività di adsorbimento e catalitica
Adsorbimento: il fenomeno per cui la concentrazione di una sostanza su una superficie solida o liquida è diversa dalla concentrazione apparente.
ad esempio, il gas viene adsorbito sulla superficie esterna del solido
assorbente
Sostanze solide con capacità di adsorbimento
Adsorbenti comunemente usati
Gel di silice, setaccio molecolare, carbone attivo, ecc.
adsorbire
sostanza adsorbita
equilibrio di adsorbimento
Tasso di adsorbimento = equilibrio dinamico stabilito dal tasso di desorbimento
(1) Adsorbimento fisico e adsorbimento chimico [Essenza: diversi poteri di assorbimento]
assorbimento fisico
Diagramma schematico
adsorbimento chimico
Numero di strati di assorbimento!
L'adsorbimento fisico/chimico è entrambi processi esotermici
(2) Descrivere il processo di adsorbimento: quantità di adsorbimento
Capacità di assorbimento (comunemente usato Va)
All'equilibrio di adsorbimento, il numero di moli di gas adsorbito per unità di massa di adsorbente o il volume che occupa in condizioni standard Unità: mol/kg, m^3/kg
PS: volume di gas a 0℃, stato p (atm) --->V0=22,4 l/mol
V: volume di gas adsorbito in condizioni standard
Fattori influenzanti
Per un determinato sistema adsorbente e adsorbito, quando viene raggiunto l'equilibrio di adsorbimento, La quantità di adsorbimento è una funzione della temperatura e della pressione di adsorbito.
L'adsorbimento equivale alla liquefazione. Maggiore è la pressione, maggiore è la quantità di adsorbimento.
isoterma di adsorbimento
5 tipi di isoterme di adsorbimento
Padroneggia la curva di Classe I
[Scegli] Cos'è l'adsorbimento monostrato?
PS: Idee
Formula empirica - Isoterma di Freundlich [media pressione] (Descrive l'adsorbimento monostrato)
k, n sono legati alla temperatura
vantaggio
Forma semplice, facile da usare, ampia gamma di applicazioni (media pressione).
Può essere utilizzato per calcolare l'adsorbimento monostrato sulle interfacce gs e ls
discordanza
Il significato fisico di k e n non è chiaro e il meccanismo di adsorbimento non può essere spiegato. valore n: (0, 1)
k: capacità di assorbimento alla pressione unitaria. T aumenta, k diminuisce e la capacità di adsorbimento diminuisce.
n: tra (0, 1), che riflette la forza dell'influenza di p su V(a)
Isoterma di adsorbimento di Langmuir (teoria dell'adsorbimento monostrato) [Test (nessun calcolo, le modifiche devono essere analizzate in base a formule)]
Assunzioni di base del modello
(1) Adsorbimento monostrato
(2) La superficie solida è uniforme e la capacità di adsorbimento è la stessa ovunque (il calore di adsorbimento è costante e non ha nulla a che fare con la copertura);
(3) Le molecole adsorbite sulla superficie solida non interagiscono tra loro.
(4) L'equilibrio di adsorbimento è un equilibrio dinamico
Isoterma di adsorbimento di Laugmuir [nota]
Modulo 1
"Utilizzo attivo del sito"
Il processo di derivazione
Nucleo: v (adsorbimento) = v (desorbimento) Quantità descrittiva: A (g) ---p M (s) ---N&q N: sito di adsorbimento (sito attivo) d: copertura k1: costante della velocità di assorbimento k-1: costante di velocità di desorbimento b=k1/k(-1): coefficiente di adsorbimento (simile alla costante di equilibrio)
Coperturaq
Coefficiente di assorbimento b [Equilibrio costante]
Descrivere il grado di assorbimento
b=f（T）
Maggiore è b, maggiore è la quantità di adsorbimento e maggiore è il grado di adsorbimento.
Metodi di misurazione
Modulo 2
Trova la quantità di assorbimento
La relazione tra q e Vm(a)
Vm(a): capacità massima di adsorbimento, cioè la capacità di adsorbimento quando la superficie solida è appena ricoperta da uno strato di gas [Diverso dal valore limite della reale capacità di adsorbimento]
A pressioni più basse, q dovrebbe aumentare all’aumentare della pressione di equilibrio
Quando la pressione è sufficientemente alta, quando le molecole di gas riempiono uno strato sulla superficie solida, q dovrebbe tendere a 1--->Vm(a)
discutere
L'isoterma di adsorbimento di Laugmuir può descrivere meglio le caratteristiche di adsorbimento dell'isoterma di adsorbimento di tipo I in diversi intervalli di pressione.
1 Quando la pressione è molto bassa o l'adsorbimento è debole (b è molto piccolo), bp<<1, la formula è
2. Quando la pressione o la forza di adsorbimento è moderata, la quantità di adsorbimento V(a) ha una relazione curva con la pressione di equilibrio p.
3. Quando la pressione è sufficientemente alta o l'asorbimento è forte, allora bp>>1
applicazione
a. Trova l'area della superficie molecolare a (m)
Derivazione
L: costante di Avogadro V0: il volume di 1 mole di gas in condizioni standard = 22,4 l/mol
b. Trova la superficie specifica a(s) del materiale [usane meno, basta saperlo]
Isoterma di adsorbimento BET e teoria dell'adsorbimento su strati multimolecolari [attualmente la teoria più comunemente usata e mainstream]
"BET" è la prima lettera dei nomi dei tre proponenti
Assunzioni base
(1) L'adsorbimento e il desorbimento sono equilibri dinamici
(2) La superficie è uniforme e la capacità di assorbimento è la stessa ovunque
(3) Adsorbimento su strati multimolecolari
a. Durante l'adsorbimento, non è necessario attendere che il primo strato sia pieno prima di assorbire il secondo strato.
b. Il primo strato è il calore di adsorbimento chimico
c. Il calore di assorbimento sopra il secondo strato è uguale ed è il calore di condensazione.
PS: Il fenomeno dell'adsorbimento dei solidi dai liquidi
Quantità di assorbimento n (a)
La quantità di soluto assorbito da una soluzione per unità di massa di un solido (Ridurre la concentrazione della soluzione)
Variante dell'isoterma di adsorbimento di Langmuir b: costante, c: concentrazione quantitativa della sostanza
(3) Termodinamica dell'adsorbimento
L’adsorbimento è un processo spontaneo (la tensione interfacciale γ diminuisce, ΔG diminuisce)
ΔS<0, ΔH<0
Entalpia di adsorbimento molare ΔadsHm
Avviso
b=k1/k（-1） Coefficiente di assorbimento-costante di equilibrio
Utilizzato per descrivere il grado di assorbimento (La quantità di adsorbimento)
ΔadsHm entalpia di adsorbimento molare
Utilizzato per descrivere la forza di assorbimento (L'entità della forza tra l'adsorbimento/se è facile cadere dopo l'adsorbimento)
Metodo di calcolo
Derivazione
contorni di assorbimento
Senso
Una certa quantità di gas raggiunge l'equilibrio di adsorbimento sulla superficie solida e viene studiata la relazione tra T e p.
1. Equilibrio di adsorbimento--->I potenziali chimici della fase principale e della fase superficiale del gas sono uguali e Gm è uguale. 2.Vm(σ) è trascurabile rispetto a Vm(g) 3.g è considerato ig 4.S=A/T
Simile all'equazione di Kirk (Descrivere la velocità di variazione della pressione P con la temperatura T quando il sistema monocomponente è in equilibrio di fase) L è l'entalpia del cambiamento di fase, T è la temperatura di equilibrio di fase, R è la costante dei gas
Interfaccia solido-liquido! =Superficie solida