Какие два типа межмолекулярных взаимодействий характерны для гетерогенных систем

Какие два типа межмолекулярных взаимодействий характерны для гетерогенных систем?

В гетерогенных системах различают два типа межмолекулярного взаимодействия: внутрифазное и межфазное. Притяжение атомов и молекул внутри отдельной фазы называют когезией (от лат. cohaesus – связанный, сцепленный). Именно она определяет возможность существования веществ в конденсированном состоянии.

К межфазным взаимодействиям относятся понятия адгезии, смачивания и растекания. Адгезия (от лат. adhaesio – прилипание) – взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз разной природы. Адгезия обеспечивается физическими или химическими силами взаимодействия. Смачивание и растекание – это адгезионные взаимодействия между жидким и твердым телом.

Явления адгезии и смачивания широко распространены в природе и технологических процессах: склеивание различных материалов, нанесение лаков, красок, металлических покрытий, печать, крашение тканей, изготовление различных материалов на основе связующих веществ (стеклопластики, резина, бетон и т. д.).

Схема, иллюстрирующая понятия когезии (а) и адгезии (б).

Рассмотрите количественные характеристики адгезионных процессов.

Чтобы разорвать столбик жидкости с образованием двух новых поверхностей раздела (см. схему а), необходимо затратить работу, которая равна работе когезии, но противоположна по знаку:

W_разр = –DG

Рекомендуемые материалы

Изменение энергии Гиббса в этом процессе:

DG = DG_кон – DG_нач = s₁₂ + s₁₂ – 0 = 2s₁₂

–W_разр = W_к

W_к = 2s₁₂

Работа, затрачиваемая на разрыв поверхностного слоя (см. схему б), будет равна работе адгезии с обратным знаком:

–W_разр = DG,

где DG – изменение энергии Гиббса в процессе разрушения адгезионного слоя.

DG_нач = s₁₃

DG_кон = s₃₂ + s₁₂ – s₁₃

DG = DG_кон – DG_нач = s₃₂ + s₁₂ – s₁₃

–W_разр = W_а = DG

W_а = s₃₂ + s₁₂ – s₁₃  (уравнение Дюпре)

Рассмотрите на качественном уровне возможные варианты поведения капли жидкости на поверхности твердого тела.

Капля на поверхности твердого тела представляет собой трехфазную систему: фаза Ж – жидкость капли, фаза Г – воздух, фаза Т – твердое тело:

Рекомендация для Вас - 24 Производные анилина.

Условие растекания капли: s_ТГ > s_ТЖ.

(Как Вы думаете, как при растекании капли изменяется энергия Гиббса системы, если очевидно, что поверхность с большей энергией Гиббса заменяется поверхностью с меньшей энергией? Вам понятно, почему различаются энергии этих поверхностей?)

Следует также принять во внимание, что в этом процессе увеличивается энергия на границе жидкость–газ и поэтому можно ожидать остановку процесса растекания при достижении равенства s_ТГ – s_ТЖ и s_ЖГ·cosθ, или неограниченное растекание, если s_ТГ – s_ТЖ > s_ЖГ·cosθ.

Если s_ТГ < s_ТЖ может произойти стягивание капли. В первом случае происходит смачивание, а во втором – несмачивание твердого тела жидкостью.

(Что является количественной характеристикой смачивания? Приведите математическое выражение закона Юнга и покажите, как оно получается.)