Uploaded by mong

Właściwości powierzchniowe

advertisement
Katowice, 16 listopada 2014
Właściwości powierzchniowe
 Napięcie powierzchniowe
 Kapilarność, włoskowatość, wzniesienie (obniżenie




kapilarne), zwilżalność
Siły spójności (kohezji), siły przylegania (adhezji)
Ciśnienie pęcherzykowe
Metody wyznaczania napięcia powierzchniowego
Kąt zwilżania
Napięcie powierzchniowe
Mikroskopowy obraz wyjaśniający, jak powstaje napięcie powierzchniowe
https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension (12.11.2015)
http://www.sita-process.com/information-service/process-parameter-surfacetension/overview/ (15.11.2015)
Napięcie powierzchniowe
https://en.wikipedia.
org/wiki/Surface_ten
sion (12.11.2015)
Napięcie powierzchniowe
𝑑𝑊 = 𝜎 ∙ 𝑑𝐴
𝐹
𝜎=
𝐿
𝐿 =2∙𝑙
Ponieważ mamy 2 powierzchnie
Napięcie powierzchniowe
∆𝐸 = 𝑑𝑊 = 𝜎 ∙ 𝑑𝐴
Zależność pomiędzy napięciem powierzchniowym
i swobodną energią powierzchniową:
- analogia do pracy mechanicznej - praca
podnoszenia ciężaru odpowiadałaby pracy
wyniesienia cząsteczki na powierzchnię
- siła, którą trzeba przyłożyć, aby wydobyć ją na
powierzchnię jest styczna do powierzchni.
W przypadku cieczy gdy „rozciąga” się jej powierzchnię „wydobywa” się
cząsteczki z wnętrza.
Napięcie powierzchniowe
𝜕𝐹
𝜎=
𝜕𝐴
𝜕𝑈
=
𝜕𝐴
𝑉,𝑆
S
H
p
𝑇,𝑉
𝜕𝐻
=
𝜕𝐴
𝑆,𝑝
𝜕𝐺
=
𝜕𝐴
U
G
𝑝,𝑇
V
napięcie powierzchniowe = napięcie międzyfazowe?
F
T
Napięcie powierzchniowe =
napięcie międzyfazowe?
http://www.rikenvitamin.com/foodingredients/emulsifier/surfaceactivagent.html
(15.11.2015)
Napięcie powierzchniowe
Efekt Marangoniego
• w ogólności napięcie powierzchniowe
zależy od temperatury i od stężenia
roztworu,
• gdy występuje gradient temperatury lub
stężenia, tworzą się regiony o wyższym
napięciu pow. (+) oraz regiony o niższym
napięciu pow. (-), te różnice powoduję
powstawanie ruchu cieczy.,
• ruch cieczy wywołuje powstawanie
charakterystycznych wzorów na
powierzchni,
• w przypadku wina znane są one jako
”tears of wine”.
Zwilżalność
Adhezja i kohezja
Adhezja – przyleganie
Kohezja - spójność
http://www.adhesiveandglue.com/adhesion-definition.html (16.11.2015)
Adhezja i kohezja
http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_C
hemistry/Physical_Properties_of_Matter
/Bulk_Properties/Cohesive_And_Adhesi
ve_Forces (16.11.2015)
Wzniesienie kapilarne
http://www2.mcdaniel.edu/Bio
logy/botf99/xylemweb/xyflow2
.html (15.11.2015)
poziom wzniesienia tej samej cieczy w kapilarze zależy od średnicy kapilary
Wzniesienie kapilarne dla substancji zwilżających
i niezwilżających materiał kapilary
Wzniesienie kapilarne
Zrównoważenie ciśnień po obu stronach menisku ciśnieniem hydrostatycznym
Ciśnienie pęcherzykowe
– ciśnienie kapilarne – powstająca samorzutnie różnica ciśnień występując a po
obu stronach zakrzywionej powierzchni
𝑝1 = 𝑝2 + ℎ ∙ 𝜌 ∙ 𝑔
Ciśnienie pęcherzykowe
Bańka mydlana przybiera kształt kulisty, ponieważ
jest to kształt odpowiadający najmniejszej
powierzchni dla danej objętości.
Dla bańki o promieniu r całkowita wartość
energii powierzchniowej, E wynosi:
∆𝐸 = 𝑑𝑊 = 𝜎 ∙ 𝑑𝐴
𝑑𝐴 = 4𝜋𝑟 2
∆𝐸 = 𝜎 ∙ 4𝜋𝑟 2
Ciśnienie pęcherzykowe
Po zmniejszeniu promienia o dr zmiana energii
powierzchniowej wyniesie:
𝜎 ∙ 8𝜋𝑟𝑑𝑟
Kurczenie się bańki powoduje zmniejszenie
energii powierzchniowej,- dążenie do kurczenia
się musi być zrównoważone różnicą ciśnień p
panującą po obu stronach błonki:
Ciśnienie pęcherzykowe
Praca W wykonana w celu przeciwdziałania tej różnicy ciśnień wyrażona zależnością:
𝑊 = ∆𝑝 ∙ 4𝜋𝑟 2 𝑑𝑟
musi być dokładnie równa spadkowi swobodnej energii powierzchni, czyli:
∆𝑝 ∙ 4𝜋𝑟 2 𝑑𝑟 = 𝜎 ∙ 8𝜋𝑟𝑑𝑟
Ciśnienie pęcherzykowe
2∙𝜎
∆𝑝 =
𝑟
∆𝑝 = 𝑝𝑤 − 𝑝𝑧
Dla przypadku ogólnego:
1
1
∆𝑝 = 𝜎 ∙
+
𝑅1 𝑅2
Równanie Laplace’a -Younga
R1, R2 – główne promienie
krzywizny menisku
Ciśnienie pęcherzykowe
𝑙
𝑠𝑖𝑛𝜃1 =
2𝑅1
𝑙
𝑠𝑖𝑛𝜃2 =
2𝑅2
W stanie równowagi:
𝑃𝑐 ∙ 𝑙 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜃 2 = 2 ∙ 𝜎 ∙ 𝑙 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃1
+2 ∙ (𝜎 ∙ 𝑙 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜃2 )
dla małych kątów 
2∙𝜎
𝑙
𝑙
𝑃𝑐 =
∙
+
𝑙
2 ∙ 𝑅1 2 ∙ 𝑅2
Metody wyznaczania napięcia
powierzchniowego
 metoda kapilarnego wzniesienia;
 metoda kroplowa – stalagmometryczna;
 metody tensjometryczne (odrywania płytki lub
pierścienia);
 metoda maksymalnego ciśnienia pęcherzyków;
 metody oparte na analizie kształtu kropli – metoda
wiszącej kropli – pendant drop method;
Metoda wzniesienia kapilarnego
2∙𝜎
∆𝑝 =
=𝜌∙𝑔∙ℎ
𝑟
𝑟 ∙ 𝜌𝑔ℎ
𝜎=
2
r –promień menisku
Metoda kroplowa - stalagmometryczna
𝐹 = 𝑙 ∙ 𝜎 = 2𝜋𝑟 ∙ 𝜎
𝑚𝑔 = 2𝜋𝑟 ∙ 𝜎
𝑚𝑔
𝜎=
2𝜋𝑟
Metody tensjometryczne
Płytka Wilhelmy’ego
Metody tensjometryczne
Pierścień Du Noüya
𝐹
𝜎=
𝐿 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜃
L – obwód pierścienia
Metoda maksymalnego ciśnienia
pęcherzyków
2𝜎
𝑝=
𝑟
Analiza kształtu kropli
 1
1  2 
 
p    
   g  z
R
 R1 R2 
metoda wiszącej kropli
Pomiar napięcia między fazowego
Wertz Chr. Et al., Journal of Molecular Liquids 131–132 (2007) 2–6
Napięcie powierzchniowe podsumowanie
Pomiar kąta zwilżania
Pomiar kąta zwilżania
nanospray.nl/index.php?main_page=pa
ge&id=9 (15.11.2015)
http://soft-matter.seas.harvard.edu/index.php/Contact_angle (15.11.2015)
Zjawiska kapilarne
http://www.orlandofamilymagazine.com/family-fun/carbon-knight/
(16.11.2015)
Zjawiska kapilarne
https://diy.org/makeitsnappy/32562 (16.11.2015)
Download
Random flashcards
123

2 Cards oauth2_google_0a87d737-559d-4799-9194-d76e8d2e5390

bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

Create flashcards