Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 115. Растекание капли жидкого олова на поверхности меди (1,2,3,4,5) через равные интервалы времени
довательных фотографий одной и той же капли жидкого олова на поверхности твердой меди, сделанных через равные промежутки времени. Повышение температуры способствует процессу, растворения и одновременно смачиванию твердой поверхности жидкостью.
Таким образом, процесс смачивания, как и поверхностное натяжение, зависит от природы и, строения элементарных частиц соприкасающихся веществ, т. е. связан, по существу, с химическим взаимодействием. Так, например, смачивание стекла водой — жидкостью высокополярной — практически неограниченно (0-*-0), но смачивание водой стекла, покрытого тончайшим слоем какого-либо неполярного вещества, практически отсутствует (9->-я/2). Жидкие металлы, обычно смачивающие металлические поверхности
(0<~^ , не смачивают оксидные слои на металлах, и в процессах пайки надо применять флюсы, которые или растворяют в себе оксиды металлов, или переводят их в летучие соединения. Некоторые металлы способны растворять небольшие количества своих оксидов, что также используется, в процессах пайки, — самофлюсующиеся припои. , -
Значительную роль в процессе смачивания играют поверхностно-активные вещества (моющие вещества, пасты для очистки поверхности), которые сильно уменьшают величину поверхностной энергии и улучшают растекание. Оценка растекания производится измерением смоченной поверхности определенной массой вещества.
215
В ряде случаев смоченная поверхность достигает огромных размеров, особенно, если жидкость растекается по поверхности другой жидкости (рис. 116).
Процессы смачивания или несмачивания жидкостью поверхности твердого тела вызывают целый ряд очень интересных физических явлений: капиллярное поднятие в цилиндрические капилляры и в плоские щели, капиллярное течение жидкости в капиллярах постоянного и переменного сечения и т. д., но эти вопросы уместно рассматривать в курсе физики. Так, например, самопроизвольное затекание жидкого припоя в зазоры, оставленные при сборке, определяет качество паяных соединений. Эти же явле-ндя-и-меют место и при склеивании изделий из различных материалов. Хороший контакт между основной поверхностью и введенным клеем или припоем обусловливает высокую прочность соединения. Состав клеев, заполняющих зазор, обычно не подвергается изменению, но состав припоя за счет растворения материала стенки и диффузии подвергается изменению.
/ 0 = 0
Рис. 116. Смачивание одной жидкостью (2) другой жидкости (/)
8.3. АДСОРБЦИЯ
Основные виды адсорбции по энергетике взаимодействия были уже рассмотрены выше (гл. 5), но адсорбент-катализатор нас интересовал лишь с точки зрения снижения энергии активации реакций, идущих в газовой среде. Здесь мы рассмотрим механизм адсорбции на границе раздела фаз. Значительная неуравновешенность частиц, образующих поверхность раздела, создает свободную энергию поверхности, которая распределена неравномерно, особенно на границе'раздела газ (или жидкий раствор) —твердое тело, так как граница раздела со стороны газа или жидкой фазы в силу своей подвижности в большей степени подвержена релаксации. На границе раздела твердой фазы наряду с участками высокой активности наблюдаются участки малой активности. Так, например, наиболее активные участки металлических поверхностей — скопления вакансий, выходы краевых или винтовых дислокаций, наличие примесных атомов и ступеней, образующихся на кристаллической поверхности (см. гл. 4). Нарушения кристаллической структуры особенно характерны для тонкораздробленных кристаллов, обладающих высокой активностью. Такого типа кристаллы и используются в качестве катализатора после осаждения их на какой-нибудь инертной подложке. Образование на поверхности кристаллов центров различой активости схематически показано на рис. 117.
При количественной оценке адсорбции поверхностная энергия отдельных центров, естественно, усредняется и адсорбция изме
216
Рис.
117. Схема возникновения активных участков поверхности кристалла
ряется или в молях на единицу поверхности, или в объемах газа (и.у.) на единицу поверхности. Однако точно измерить поверхность адсорбента очень трудно (Д. А. Киселев), поэтому чаще относят массу или объем адсорбированного вещества к единице массы адсорбента. Адсорбент, изготавливаемый при постоянной и строго выдерживаемой технологии, обладает более или менее постоянной удельной .поверхностью. Так, например, 1 г активного угля обладает внутренней поверхностью 400—900 м2.
Адсорбция из газовой среды или из растворов сильно зависит от температуры. Понижение адсорбции при повышении температуры свидетельствует об экзотермичности процесса адсорбции за счет понижения свободной энергии поверхности. Увеличение парциального давления газа или концентрации вещества в растворе увеличивает количество адсорбированного вещества до определенного предела, т. е. до насыщения поверхности адсорбента в данных условиях.
На рис. 118 приведена изотерма адсорбции аммиака активным углем при 249,5 К (А. А. Титов). На этой кривой можно выделить' три участка: / — адсорбция прямо пропорциональна давлению газа; // — адсорбция растет с повышением давления; /// — адсорбция стремится к насыщению.
