ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Товерхностные явления на границе раздела фаз из "Применение обратных эмульсий в нефтедобыче" Процесс получения эмульсий заключается в диспергировании (дроблении) одной жидкости в другой с образованием новой поверхности раздела между ними. В табл. 1 представлены данные по изменению - удельной поверхности 1 см вещества при дроблении его на кубики меньших размеров. [c.7] НО возможных размеров. Это стремление имеет в своей основе молекулярную природу. [c.8] Каждая молекула в объеме жидкости (рис. 2) окружена со всех сторон другими молекулами и поэтому испытывает всестороннее притяжение (ионного, дисперсионного и иного характера). Молекулы же, расположенные на поверхности жидкости, испытывают со стороны соседних молекул когезионное притяжение, направленное вовнутрь и в стороны, не испытывая при этом уравновешивающего притяжения со стороны пограничных молекул второй фазы. Это приводит к образованию у молекул поверхностного слоя свободной энергии, присущей всему объему конкретной жидкости. С молекулярной точки зрения при диспергировании одной жидкости в другой эта энергия численно равна работе, затрачиваемой на преодоление притяжения, направленного в глубь жидкости, при выводе молекул из объема одной фазы к поверхности их раздела. Причем величина этой работы для каждой пары жидкостей строго определенная. [c.8] Таким образом, с физической точки зрения, поверхностное натяжение жидкости на границе раздела фаз - это мера положительной свободной энергии молекул поверхностного слоя, обусловленной их втягиванием с этой поверхности в объем жидкости, и наоборот. Исчезновение поверхностного натяжения между двумя жидкостями соответствует исчезновению границы раздела между ними и полной их смешиваемости. [c.8] Межфазное натяжение между двумя жидкостями всегда меньше, чем наибольшее из их поверхностных натяжений на границе с воздухом, так как молекулы каждой из жидкостей в какой-то мере притягивают молекулы другой, тем самым уменьшая притяжение со стороны второй жидкости ее собственных граничных молекул. Значения его удовлетворительно описываются правилом Антонова, гласящего, что межфазное натяжение двух взаимно нерастворимых жидкостей равно разности поверхностных натяжений их взаимно насыщенных растворов на границе с воздухом. [c.9] Таким образом, чем выше поверхностное натяжение каждой из жидкостей и чем ниже межфазное натяжение между ними, тем большая энергия потребуется для полного разделения этих жидкостей. [c.9] При разделении же столба одной жидкости (согласно формуле (1) на две части говорят о работе когезии, которая численно равна 2сг,. Сравнение работ когезии и адгезии дает наглядное представление о соотношении сил притяжения между молекулами одной жидкости и между молекулами разнородных жидкостей. Эти данные содержатся в соответствующих химических справочниках. [c.9] Часто на практике приходится иметь дело со смесями двух и более веществ, молекулы которых отличаются по интенсивности полей сил притяжения. В этом случае при стремлении системы к минимуму поверхностной межфазной энергии молекулы с более сильными полями стремятся уйти в глубь жидкости, а молекулы с более слабыми полями остаются у ее поверхности. В результате этого межфазный слой обогащается компонентами, обладающими меньшей свободной энергией своей поверхности. Такое обогащение межфазных слоев одним из компонентов смеси веществ называется адсорбцией. [c.9] Повышение концентрации компонента на поверхности называется положительной, а уменьшение - отрицательной адсорбцией. [c.9] вызывающей и поддерживающей градиент концентрации на межфазной поверхности, является сила, притягивающая поверхностные молекулы в объем жидкости. Так, при появлении свежей поверхности раздела, состав ее вблизи межфазной границы будет идентичен составу в объеме жидкости. Затем молекулы с поверхности раздела втягиваются внутрь жидкости. [c.9] Качественно общее правило адсорбции заключается в том, что если межфазное натяжение смеси, например, трех веществ ниже такового двух веществ, приведенных в соприкосновение между собой, то концентрация одного из растворенных компонентов у поверхности раздела выше, чем в объеме. [c.10] Численно адсорбция по Гиббсу равна разнице концентраций адсорбирующегося компонента в поверхностном слое и в остальном объеме, отнесенной к единице поверхности, и определяется межфазным натяжением. [c.10] В результате адсорбции вещества, имеющего весьма низкое поверхностное натяжение, может значительно уменьшиться меж-фазное натяжение системы в целом. В таких случаях адсорбция может быть настолько интенсивной, что поверхностный слой будет состоять исключительно из адсорбировавшихся молекул того компонента, силовые поля которого наиболее слабы. [c.10] Снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз и ее насыщение поверхностно-активными компонентами - одно из важнейших условий получения и стабилизации эмульсий. [c.10] Например, при растворении в воде органических веществ, содержащих в молекуле более двух атомов углерода на каждую гидрофильную группу, наименьшие поверхностные натяжения раствора на границе с воздухом достигают 25 мН/м, т.е. значений поверхностного натяжения чистых парафинов. В этом случае поверхностный слой состоит практически целиком из углеводородных цепей. [c.10] К ПАВ относятся те соединения, в молекуле которых содержатся одновременно полярная группа и неполярный углеводородный радикал, т.е. дифильные. Именно такой характер молекул ПАВ предопределяет все их свойства в растворах или двухфазных системах поверхностную активность, адсорбцию, ориентацию в составе адсорбционного слоя, стабилизирующее действие этого слоя и ряд других. [c.11] Для понимания роли ПАВ в этих процессах вначале кратко рассмотрим поверхностное натяжение чистых жидкостей на границе раздела фаз. [c.11] Поверхностное натяжение жидкости является функцией молекулярных сил, геометрии молекулы и числа атомов в ней. Поскольку поверхностное натяжение есть свободная энергия поверхностного слоя, то определяющими его факторами будут свободная энергия межмолекулярных сил, ориентация молекул в поверхностном слое, присутствие молекул одной фазы во второй, химическое взаимодействие молекул обеих граничащих фаз. [c.11] Для жидкостей, у которых силовое поле молекул во всех направлениях одинаково (парафиновые углеводороды), на границе с несмешивающейся фазой (например, водой) межфазное натяжение по П.А. Ребиндеру определяется разностью полярностей фаз, которая является функцией их диэлектрической проницаемости П. A.A. Абрамзоном экспериментально показано, что в координатах сг - АП поверхностное натяжение для систем жидкость - газ и жидкость - жидкость линейно возрастает по мере увеличения йП граничащих фаз. [c.11] Вернуться к основной статье