Giáo trình Hoá keo - Chương 3

NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT. SỰ HẤP PHỤSự phân chia các chất rắn, lỏng, thành những hạt nhỏ đã tạo cho lớp bề mặt của các hạt có tính chất khác với tính chất các lớp ở trong lòng hạt, đó là tính chất bề mặt biểu hiện bằng sự hấp phụ … Tính chất bề mặt là tính chất đặc trưng của các hệ phân tán dị thể, đặc biệt là các hệ keo.I. Năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt Do không cân bằng về lực tương tác phân tử, nên các phân tử ở bề...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Hoá keo - Chương 3Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá keo …………………………………………………………………26 CHƯƠNG III NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT. SỰ HẤP PHỤ Sự phân chia các chất rắn, lỏng, thành những hạt nhỏ đã tạo cho lớp bề mặt của các hạtcó tính chất khác với tính chất các lớp ở trong lòng hạt, đó là tính chất bề mặt biểu hiện bằngsự hấp phụ … Tính chất bề mặt là tính chất đặc trưng của các hệ phân tán dị thể, đặc biệt là các hệkeo. I. Năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt Do không cân bằng về lực tương tác phân tử, nên các phân tử ở bề mặt chất (rắn,lỏng)chịu tác dụng của lực hút vào trong lòng chất. Như vậy muốn đưa một phân tử chất từ trong lòng lên bề mặt phải tốn một năng lượngđể chống lại lực hút đó. Nói cách khác là mỗi phân tử ở bề mặt có một năng lượng lớn hơn sovới các phân tử ở trong lòng hoặc ở trong thể tích của chất. Năng lượng dư của tất cả các phân tử ở bề mặt so với năng lượng trung bình của cácphân tử trong thể tích của chất được gọi là năng lượng tự do bề mặt, gọi tắt là năng lượng bềmặt thường ký hiệu F. Năng lượng bề mặt quy về một đơn vị diện tích bề mặt được gọi là sức căng bề mặt,ký hiệu là σ. Về mặt nhiệt động học thì sức căng bề mặt đúng bằng trị số của công tạo ra 1đơn vị diện tích bề mặt trong quá trịnh thuận nghịch đẳng nhiệt. Trong hệ CGS, thử nguyên của σ là erg.cm-2 hoặc đyn.cm-1 nhưng trong hệ SI, thi thưnguyên của σ là J.m-2 hoặc N.m-1 . Từ đó có định nghĩa về sức cứng bề mặt như sau: Sứccứng bề mặt là lực tác dụng trên một đơn vị chiều dài bề mặt phân chia 2 pha để chống lại sựkéo căng bề mặt. Ví dụ: Ở 200C, σH2O = 0,07275J.m-2 hoặc 0,07275N.m-1 Sức căng bề mặt là kết quả của lực tương tác phân tử, nên nó phụ thuộc bản chất củachất và nhiệt độ. Ở cùng một nhiệt độ thì: σhợp chất ion > σhợp chất phân cực > σhợp chất không phân cực. σchất rắn > σchất lỏng. Bảng III.1: Sức căng bề mặt của một số chất lỏng và chất rắn trên giới hạn với không khí t(0C) t(0C) σ× 103 (N.m-1) σ× 103 (N.m-1) Tên chất Tên chất Hydro(lỏng) -252 2 Bezen (lỏng) 20 28,9 Oxy(lỏng) -198 17 Nước (lỏng) 20 72,75 Ête êtylic(lỏng) 20 17 Thuỷ ngân (lỏng) 20 485 Hecxan(lỏng) 20 18,5 Thiếc (lỏng) 920 510 Êtylic(lỏng) 20 21,6 PbF2 (rắn) 920 900 Clorofooc(lỏng) 20 27,1 Ba504 (rắn) 25 1250 Bề mặt chất lỏng là đồng nhất, nên năng lượng bề mặt của chất ở mọi điểm như nhau.Đối với chất rắn, mật độ phân tử cạnh, góc và ở trên bề mặt không bằng nhau, nên năng lượngbề mặt ở các điểm là khác nhau. Nói cách khác, bề mặt chất rắn không đồng nhất về nănglượng, nên sức căng bề mặt của chất chỉ có giá trị trung bình.http://www.ebook.edu.vn 26Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá keo …………………………………………………………………27 Khi tăng nhiệt độ thì lực tương tác phân tử giảm, do đó sức căng bề mặt của chấtgiảm. Do đó, khi nhiệt độ tăng sức căng bề mặt của chất lỏng giảm, ở nhiệt độ tới hạn khôngcòn bề mặt phân chia, sức căng bề mặt của chất bằng 0. Bảng III.2: Sức căng bề mặt của nước ở nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ (0C) σ × 103 (N.m-1) 0 75,64 10 74,22 15 73,49 20 72,75 25 71,97 40 69,58 60 66,18 80 62,61 Quan hệ giữa năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt theo công thức F = σ .S (III.1) S: diện tích bề mặt Đối với hệ phân tán thì S là bề mặt dị thể của hệ Do có bề mặt dị thể rất lớn, nên năng lượng bề mặt của hệ rất lớn, vì vậy theo nhiệtđộng học thì hệ keo là hệ không bền vững, sẽ xẩy ra các quá trình làm giảm σ, làm giảm S đểgiảm F của hệ. II. Khuynh hướng giảm diện tích bề mặt của hệ. Khuynh hướng tạo kiến trúc khối cầu. Đặc điểm này thường xuyên xẩy ra ở các giọt ...