В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Насыщенные углеводороды (парафины) имеют общую формулу С„Нз„+з. Если число и не очень велико, то твердые вещества имеют правильные кристаллические структуры, в которых молекулы располагаются более 470 Гл, !4. Межлсолекулярные езаияодейстеия. Конденсированное состояние вещества или менее параллельно друг другу, и существуют определенные точки плавления. Температура плавления плавно повышается с увеличением размера молекул, поскольку усиливается ван-дер-ваальсово межмолекулярное взаимодействие. Когда молекулы очень длинные, связь между их двумя концами исчезает в том смысле, что один конец практически не влияет на другой.
В такой ситуации возможно, что одни участки молекулы (В) находятся в окружении, характерном для расплавленного вещества, в то время как в других сегментах (А) имеется упорядоченная структура (рис. 14.8). При нагревании доля областей типа В увеличивается и можно наблюдать постепенное размягчение без резкой точки плавления.
Надо заметить, что очень длинные молекулы вообще не способны упаковываться в строго правильную структуру, поэтому такие твердые вещества, как правило, аморфны. Рис. 14.8. Кристаллические (А) и аморфные (В) области в твердом полимере Те материалы, в которых полимерные молекулы соединены поперечными связями, приобретают иные свойства. Если таких «мостиков» немного, то вещество термопластично. В противном случае, поскольку цепи соединены ковалентными связями того же типа, что и в самой цепи, разъединить цепи так же трудно, как и разорвать их.
Поэтому при нагревании не происходит размягчения, а дальнейшее повышение температуры приводит к разложению вещества. Такие материалы называют терлеореактивными. Примером материала с большим числом поперечных связей является вулканизированный каучук. Когда размягченный каучук нагревается с серой, атомы серы образуют связи между длинными молекулами каучука.
К термопластичным материалам относятся полиметилметакрилат [ — СН(СООСНз) — СНз — ]„, поливинилхлорид [СНз — СН(С!)]„, полистирол [ — СН(СеНз) — СНз — ]„. Часто соединения, не способные связываться при помощи мостиков с другими полимерами, добавляются в качестве пластификаторов. Большие инертные молекулы пластификатора проникают между полимерными цепями и помогают последним скользить друг относительно друга, что делает материал более гибким. Коллоидное состояние. Название данного состояния происходит от греческого слова кдЛЛа — клей.
Оно может быть определено как состояние вещества, в котором поверхностные свойства являются доминирующими. Очевидно, что на поверхности конденсированных тел частицы (атомы или молекулы) находятся в несколько иных условиях, чем в объеме (в глубине) тела, так как имеют другое микроскопическое окружение. При обычных размерах тел доля таких частиц относительно мала, но она увеличивается с уменьшением характерного линейного размера тела 1, поскольку площадь поверхности пропорциональна квадрату размера ( 1~), а объем 1з. Ясно, что при высокой степени измельчения вещества роль эффектов, ",14.,т. (ест«ояяяя велта«|ве 4~! связанных с вали иеч пс верхнее ~н, станет весьма зньяительной и еи вельти пренебрень.
Чрезвьг-:айно рязвитая ппве~:хнс с ~ь и, ивояит ь появлепшп яояерхносслкои определяемая как отношение суммарной площади поверхности к общей массе частиц. В коллоидных системах с размерами частиц до 1 нм удельная поверхность может достигать 1000 мз г '. Дисперсионные системы могут быть как свободнодисперсными, так и связнодисперсными. В первом случае частицы обособлены и участвуют в броуновском движении. Во втором случае частицы заметно взаимодействуют.
Так, в разбавленном коллоидном растворе они образуют сплошную сетку — возникает гель. Одним из главных способов разделения дисперсных систем на различные категории является классификация по агрегатному состоянию обеих фаз, т.е. дисперсной фазы и дисперсионной среды (табл. 14.4). Обширный класс дисперсных систем — системы с жидкой дисперсионной средой. Если при этом высокодисперсная фаза твердая, то образуются воли (в случае слабого связывания частиц) или гели (в случае сильного связывания).
Грубодисперсным фазам соответствуют суспензии и пасты. Когда обе фазы жидкие, то раствор именуется эмульсией. Газовые дисперсные фазы в жидкости при достаточной концентрации дают пеньи Другие случаи можно найти в табл. 14.4. Таблица 14.4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз Дисперсионная среда Твердая Жидкая Газообразная Т /Т* Горные породы, сплавы Т/Ж Т/Г Дымы, пыли, порошки Зови, гели, суспензии, пасты Твердая 63 т а Ф И Ж/Т Клетки организмов Ж1/Жз Эмульсии Ж/Г Туманы Жидкая Г/Т Пемзы Г/Ж Пены Газообразная 'Принятые обозначения фаз: à — газообразная, Ж вЂ” жидкая, Т вЂ” твердая.
Свойства и поведение коллоидных растворов зависит от степени родственности дисперсной фазы и дисперсионной среды. Если эта степень велика (лиофильные системы), то для системы характерна малая интенсивность поверхностных сил, чему отвечают низкие значения поверхностной энергии. Эти коллоидные системы могут образовываться самопроизвольно из соответствующих макроскопических фаз и имеют термодинамически равновесное распределение частиц дисперсной фазы по размерам. В лиофобных системах дисперсная фаза и дисперсионная среда менее сходны. Различия граничащих фаз по химическому составу и строению проявляется в слабом межфазном взаимодействии, большой интенсивности поверхностных сил и значительном избытке поверхностной энергии. Такие системы термодинамически неустойчивы и требуют специальной стабилизации.
Для их образования необходимо затратить значительную работу. Большой избыток свободной энергии в лиофобных высокодисперсных системах обуславливает протекание в них процессов, ведущих к понижению поверхностной энергии за счет уменьшения площади поверхности раздела фаз. Процессы слияния капель или пузырьков, а также срастание (спекание) твердых частиц, называется коалесценг1ией. Конечным результатом коалесценции может быть распад диспер- 472 Гл.!4. Межмолекулярные взаимодействия. Конденсированное состояние вещества Э 14.3, Состояния веи(ества 473 сионной системы на макроскопические фазы.
В свободнодисперсной системе может иметь место процесс коагуляции — сцепление твердых частиц, сопровождающееся частичным насьпцением поверхностных сил в зоне контакта и уменьшением поверхностной энергии, что часто приводит к образованию грубых осадков. Иначе говоря, коагуляция приводит к переходу свободнодисперсной системы в связнодисперсную структурированную систему.
Оба процесса являются нарушением устойчивости и разрушением дисперсной системы. Адсорбированное состояние. Хорошо известно, что многие конденсированные вещества способны удерживать на своей поверхности чужеродные молекулы или ионы. Так, точные измерения давления и объема показывают, что при введении газа в сосуд с чистой металлической поверхностью некоторое количество газа оказывается поглощенным поверхностью металла. Это явление называется адсорбцией4. Чем больше давление газа, тем больше его адсорбируется, вплоть до определенного предела, за которым дальнейшее повышение давления не оказывает существенного влияния.
Очевидно, молекулы газа каким-то образом связываются с атомами металла на его поверхности. Состояние насыщения можно интерпретировать как образование полного мономолекулярного слоя молекул газа. Энергия связи адсорбированных молекул с поверхностью может очень сильно различаться, но часто она довольно значительна, и адсорбированный слой трудно удалить. В таких случаях молекулы соединены с атомами поверхностного слоя связями типа валентных (химическая адсорбция или хемосорбция). Кислород, водород и фтор могут, например, давать поверхностные оксиды, гидриды и фториды.
В других случаях действуют вандерваальсовы силы, и энергия адсорбции гораздо меньше (физическая адсорбция или физосорбция). Адсорбированные молекулы очень часто обладают большой подвижностью по поверхности, напоминая в этом отношении двумерную жидкость или газ. Хорошо известно, что катализ реакций в газовой фазе твердыми поверхностями (гетерогенный катализ — см. 534.4) включает адсорбцию молекул реагентов в качестве одной из стадий реакции. О ОН О б г' ОМа Рис. 14.10. Структура стеариновой кислоты СпН35СООН (а) и ее натриевой соли (б) Адсорбция может происходить и на поверхности жидкости из граничащего с ней раствора или газовой фазы.
Для примера рассмотрим образование пленки из окирных кислот на поверхности воды. Эти нерастворимые в воде соединения представляют собой длинные углеводородные цепи, на конце которых имеется карбоксильная группа СООН, определяющая принадлежность соединения к карбоновым в Не смешивать с абсорбцией — явлением поглощения чего-либо (излучения, вещества) в объеме тела. Некоторые полимеры, например, способны абсорбировать значительное количество жидкого растворителя с малой молекулярной массой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
