Коллоидная химия | страница 10

Вследствие большого разнообразия объектов, изучаемых коллоидной химией и решаемых ею задач, происходит обособление некоторых разделов в самостоятельные научные дисциплины, а также использование ее методов в смежных областях науки. Так из коллоидной химии выделилась физическая химия растворов полимеров, в значительной степени самостоятельно развиваются наука об аэрозолях, химия поверхности. С коллоидно-химическими проблемами связаны изучение биологических мембран, биохимия, биофизика и т.д.

Закончив изучение главы 1, вы должны знать:

• количественные характеристики дисперсных систем, формулы для их расчета;

• классификацию дисперсных систем по дисперсности, агрегатному состоянию фаз, по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру межчастичного взаимодействия.

2.2.

ГЛАВА 2. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

2.2.1.

ПРИРОДА ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ

Дисперсные частицы и дисперсионная среда относятся к различным фазам. Система может существовать из разных фаз только в том случае, если межмолекулярные взаимодействия в граничных фазах различны. Единственной системой, в которой межмолекулярные взаимодействия отсутствуют, является идеальный газ. Интенсивность молекулярных взаимодействий возрастает при переходе от реальных газов к твердым телам.

Рассмотрим систему, состоящую из жидкости (фаза 1) и газа (фаза 2). Силы межмолекулярного взаимодействия в жидкости

больше сил взаимодействия между молекулами газа . Возникает вопрос: какие межмолекулярные взаимодействия реализуются на межфазной поверхности? Молекула А (рис. 2.1 ) внутри жидкости окружена со всех сторон другими молекулами. Силы взаимодействия при этом взаимно уравновешиваются. На молекулу В, находящуюся на межфазной поверхности, с одной стороны действуют молекулы жидкости, а с другой - молекулы газа. Поскольку возникает результирующая сила Р, направленная в глубь жидкости. Эту силу часто называют внутренним давлением.

Чем сильнее различаются межмолекулярные взаимодействия в граничащих фазах, тем больше внутреннее давление. Для жидкостей на границе с воздухом внутреннее давление очень велико, например, для воды Р = 14 800 атм. Внутреннее давление Р стремится втянуть молекулу в глубь фазы 1.

Чтобы образовать межфазную поверхность, необходимо перевести часть молекул из объема жидкости на поверхность. Для этого надо совершить работу против внутреннего давления, очевидно, чем оно больше, тем больше энергии требуется затратить. Эта энергия сосредоточивается в молекулах, находящихся на поверхности, и называется поверхностной энергией.