ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Энергия притяжения при адсорбции зависит от расстояния в третьей тепени вместо ше той, как это имеет место взаимодействии двух атомов. Такая зависимость указывает на более медленное уменьшение энергии притяжения при адсорбции и на взаимодействия при адсорбции выражается уравнением с
с при дальнодействие адсорбционых сил. Полная потенциальная энергия агрегируют, что хорошо известно из теории устойчивости коллоидных систем.
Агрегация коллоидных частиц
(УДЧ) характеризуется особенностями роста и геометрического строения. Эти частицы участвуют в броуновском движении, двигаясь по траектории случайного блуждания. Слипание частиц друг с другом (агрегация) наиболее интенсивно протекает на значительном удалении от места зарождения коллоидного агрегата, т. е. на его периферии. Поэтому агрегат имеет сильно разветвленную структуру. С увеличением размера агрегата (
r
) его плотность (
3 12 6
r
n
C
r
B
U
(3.6) где n - число атомов в единице объема адсорбента. Важными практическим выводом при рассмотрении природы адсорбционных сил является вывод о том, что, когда преобладают дисперсионные силы, наблюдается лучшая адсорбция в трещинах и порах
r
,
) уменьшается, и при
0
. Были получены агрегаты оксидных частиц необычайно низкой плотности, когда только объема материала заняты веществом, а приходится на пустоты. Такие материалы называются
фрактальным агрегатом или фрактальным кластером. Последний внешне выглядит как неупорядоченная система, но характеризуется внутренним порядком, определяемым фрактальной размерностью
.
Фрактальная размерность - это дробная величина, характеризующая структуру и степень открытости коллоидного агрегата. Размерность фрактального кластера, являясь дробной величиной, не совпадает с размерностью пространства, в котором существует кластер (размерность пространства - целая величина).
Фрактальную размерность можно рассматривать также, как характеристику рыхлости агрегата. Чем меньше фрактальная размерность, тем более рыхлым является фрактальный кластер.
, т.к. вблизи орбиров молекулы на тела ли преобладают электростатические силы, то в
е
%
2
%
98
f
d
адс твердого анной
. Ес ходится большое число атомов трещинах и порах заряды компенсируют друг друга, и наибольший потенциал оказывается на выступах, где и будет преобладать адсорбция, особенно при образовании водородных связей.
3.8. Изот рмы адсорбции
Вид изотермы адсорбции изображен на рис. 3.10.
Рис. 3.10. Изотерма адсорбции 1 типа.
21 68
www.mitht.ru/e-library
1.7. Влияние дисперсности на свойства вещества
67
На очень близких расстояниях при перекрывании электронных называемое б
отталкиванием и описываемое эмпирическим соотношением: оболочек атомов, возникает отталкивание,
орновским
U
В
r
от
12
(3.5)
Полная энергия межмолекулярного взаимодейств
Основными критериями ультрадисперсного
(коллоидного) состояния являются следующие:
Малая кинетическая подвижность частиц вследствие высокой массы частицы по сравнению с молекулой. ия определяется
Гетерофазность. уравнением Леннард-Джонса
U
C
r
B
r
6 12
, где
C
- константа межмолекулярного притяжения,
B
- константа борн
Адсорбционные явления на поверхности.
Стабилизация системы за счет снижения поверхностной энергии третьим компонентом. овского отталкивания, происходящего при перекрывании электронных орбит,
Высокая чувствительность к малым добавкам электролитов.
Высокодисперсные системы характеризуются особыми свойствами. Вследствие малого размера частицы в них не оседают.
Рассеяние света такими системами приводит к их мутности.
Высокая удельная поверхность таких систем приводит к возрастанию роли поверхностных слоев. По мере дробления в системе происходят качественные изменения. При переходе от грубо дисперсных систем к высокодисперсным системы приобретают седиментационную устойчивость, возрастает прочность и растворимость, растет взрывоопасность. Из-за увеличения кривизны поверхности увеличивается химическая активность.
Ультрадисперсные частицы могут на воздухе воспламеняться. С увеличением степени дисперсности изменяются все свойства вещества.
С изменением дисперсности изменяются условия протекания многих химических реакций. Так, реакция обжига известняка с повышением дисперсности сдвигается вправо:
2
CO
CaCO
3
CaCO
C
- энергия межмолекулярного (дисперсионного) притяжения,
B
6
r
r
12
, которое прои
- энергия борновского отталкивания сходит при малых
r
и обусловлено запретом Паули. тенциал притяжения всегда отрицателен, а потенциал отталкивания - положителен.
Межмолекулярные силы действуют на малых расстояниях дка 10
По поря твуют одновременно между молекулами адсорбата и поверхностью, т.е.
, в
выражением
-9
м. При адсорбции дисперсионные силы дейс многими атомами адсорбента. Дисперсионные силы обладают свойством аддитивности происходит суммиро ание адсорбционных сил, и суммарный потенциал адсорбции определяется
12 6
1 1
r
B
r
C
U
U
i
В результате суммирования парных взаимодействий, т. е. тройного интегрирования по объему адсорбента, степень
r
уменьшается, и межмолекулярное взаимодействие увеличивается.
Поэтому адсорбционные силы значительны, и действуют на больших меж расстояниях по сравнению с молекулярными силами
м
r
АД
10 7
22
www.mitht.ru/e-library
1 2 3 4 5 6
Адсорбент
Адсорбат
Силы
взаимодействия
полярный полярный
Ориентационные полярный неполярный неполярный полярный индукционные неполярный неполярный дисперсионные
Д
е силы я между м полями, возник при сбл молекул за счет флуктуаций элект ности. аких ф одит к энергии системы, обусловленному притяжением
U
и
д
и ы
ающими сперсионн проявляютс гновенными ди ижении ронной плот
Резонанс т луктуаций прив уменьше атомов нию общей
. Потенциал межмолекулярного взаимодействия определяется выражением:
U
U
U
межмол взаим
о
нд
исп
р
Если оценить вклад каждого из трех типов взаимодействий - ориентационного, индукционного и дисперсионного в общую энергию притяжения молекул, то оказывается что доля индукционного эффекта составляет не более 5%. ориентационного эффекта зави ами
,
Доля едовательно сит от дипольных моментов взаимодействующих молекул. Для таких сильно полярных молекул, как аммиак и вода, ориентационный эффект равен дисперсионному. Сл
, для неполярных и
слабополярных молекул основным типом межмолекулярного
взаимодействия является дисперсионное.
Различные виды межмолекулярного взаимодействия характеризуются одним и тем же законом изменения энергии притяжения от расстояния между молекул
6
r
С
U
пр
, где
r
- у
C
которую входят электрические и магнитные характеристики молекул или атомов, соответствующие для каждого эффекта.
23
O
H
O
Al
2 3
2 3
Удаление кристаллизационной воды из грубодисперсного оксида алюминия
происходит при
, а из коллоидного оксида - на ниже, т. е. при
. Коллоидное золото растворяется в соляной кислоте.
K
473
100
K
373
м
10 1
8
Ещё одним примером влияния дисперсности на свойства является изменение свойств воды при дроблении. С уменьшением размера капель воды давление пара над каплей увеличивается. При диаметре капель, равном
, отношение давления пара над каплей при данной температуре
p
к давлению над плоской поверхностью воды
108
,
1
,
O
O
p
p
p
м
10 7
м
10 5
8
K
973
м
10 2
8
K
593
K
1233
. Повышенному давлению пара отвечает пониженная температура замерзания капель воды. Это явление имеет большое значение в живой природе, обеспечивая жизнеспособность растений при низкой температуре.
В ультрадисперсных твердых частицах размером может происходить коренная перестройка расположения атомов. Из-за большой кривизны поверхности возникают значительные внутренние напряжения, что приводит к изменению физических свойств веществ.
Так, температура плавления серебра сильно зависит от размера частиц и равна: при размере частиц
-
,
-
, тогда как крупные частицы серебра плавятся при
В высокодисперсных системах повышается температура перехода в сверхпроводящее состояние. Возникает возможность получения высокотемпературных сверхпроводников.
Явление сверхпроводимости было открыто в 1911 году голландским физиком Камерлинг-Онессом. Он обнаружил, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, ртуть почти полностью расстояние межд центрами атомов или молекул,
- константа, в
66
www.mitht.ru/e-library
Циглера-Натта входит титан.
Активный центр комплексного катализатора имеет вид: теряет электрическое сопротивление, т.е. переходит в сверхпроводящее состояние. Для практического использования явления сверхпроводимости, например с целью передачи электроэнергии без потерь на большие расстояния, необходимо получать сверхпроводники при более высокой температуре. В 1986-87 годах в Швейцарии, США, Японии, СССР был открыт класс новых керамических материалов, сверхпроводящих при температуре жидкого азота. Эти материалы изготовлены на основе иттрия и являются дисперсными системами.
Рис.3.9.
В последнее время обнаружены неустойчивые фазы новых керамических материалов, в которых наблюдаются переходы, начинающиеся при
. Чтобы сделать их практически доступными, нужно изучить их фазовую структуру и свойства. Уже в настоящее время возможно применение этих материалов в сверхпроводниковой электронике и вычислительной технике.
K
250 65
На атоме происходит предварительная координация молекул мономера.
Ti
Ниже показана природа взаимодействия в зависимости от характера адсорбента и адсорбата. Полярным веществом называется вещество, обладающее интенсивным полем межмолекулярных сил.
Развитие химической промышленности, в том числе промышленности синтетических каучуков, идет с учетом экологических проблем. Так на заводах СК бутадиеновый каучук СКД получается на катализаторах Циглера-Натта. При этом образуется сильно пахнущие, летучие и токсичные олигомеры бутадиена, загрязняющие атмосферу в производственной и жилой зоне. Поэтому на в последние годы осваивается производство каучука на редкоземельном неодимовом катализаторе. В этом процессе олигомеры бутадиена, загрязняющие атмосферу, не образуются.
Таким образом, в высокодисперсном состоянии вещество обладает особыми свойствами.
Это состояние является промежуточным между свободными атомами или молекулами и массивными образцами.
1.8. Значение коллоидной химии в природе и технике
Дисперсные системы и поверхностные явления имеют громадное значение в природе и технике. Без преувеличения можно сказать, что весь реальный окружающий нас мир состоит из дисперсных систем.
Законы коллоидной химии управляют жизнью крошечной клетки живого организма.
Свойства реальных тел и материалов определяются не только их составом, но и коллоидно-химической структурой, т.е. фазовой структурой, размером частиц, их
3.7. Природа адсорбционных сил
Физическая адсорбция происходит под действием Ван-дер
Ваальсовых сил межмолекулярного взаимодействия, которое складывается из ориентационных, индукционных и дисперсионных
сил.
24
www.mitht.ru/e-library