В.В. Еремин, А.Я. Борщевский - Основы общей и физической химии (1113479), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Молекулы жидкости проникают в промежутки между полимерными цепями, и полимер набухает. кислотам. Углеводородная часть не содержит двойных связей, т.е. подобна насыщенному углеводороду; отсюда название насыщенная карбоновая кислота. На рис. 14.10, а показана структурная формула стеариновой кислоты. Благодаря наличию гидроксильной группы — ОН, способной образовывать водородную связь, карбоксильная группа является гидрофильной частью молекулы, т.е. такой, которая водорастворима.
Углеводородный «хвост» не склонен растворяться в воде; он представляет собой гидрофобную (водоотталкивающую) группу. При попадании молекул стеариновой кислоты на поверхность воды карбоксильные группы втягиваются в воду, а углеводородные цепи располагаются вертикально по нормали к поверхности (рис. !4.11, а). -о о -о о -о ~, а о- /-о Вода о ~с -о Воздух с о -о- с с с с с с у71 л1 у71 в) «1 яв1 Вода о он о он о он о он о он о он Вода о~~~ л о о- в б Рис, 14.И.
Ориентация жирных кислот и их солей на границах раздела фаз Существование подобного поверхностного слоя и понижение благодаря этому поверхностного натяжения жидкости отчетливо демонстрируется опытами. В эксперименте с помощью весов измеряется сила, действующая на барьер, ограничивающий пленку. Таким путем можно найти зависимость между силой и площадью поверхности при определенной температуре, вполне аналогичную изотерме Р-)7 для газов (рис. 14.12, а). Отсюда можно определить поверхность, приходящуюся на одну молекулу, и показать, что образуется мономолекулярный слой.
На рисунке изотерма соответствует случаю, когда в некотором интервале площадей поверхностное натяжение не зависит от поверхности. Здесь мы наблюдаем разделение пленки на две области с различной поверхностной концентрацией молекул, что показывает сосуществование двумерной (»поверхностной») жидкости и двумерного газа (рис. 14.12, 6). Это является аналогом обычного расслоения объемной системы на жидкую и паровую фазы, наблюдаемого при температурах ниже критической точки. Соединения, в молекулах которых имеются одновременно гидрофильные и гидрофобные химические группы, называют поверхностно активна»ми веществами (ПАВ), хотя согласно общему определению к ПАВ относят любые вещества, которые при адсорбции понижают поверхностное натяжение жидкости.
На их свойствах основано действие мыла и других моющих средств, которые служат для уда- 474 Гл.!4. Межмолекуллрв»»е взаимодействия. Конденсированное состояние вещества тт И.,т. Согятоявия веенвсевво 475 ленин из тканей жиров, насел и инькк загрязнений. Декоераелталти, как правило, иазыаакн синтетинеские 1!А1т 476 4"л. /4. Межлеолекулярнме взаимодействия. Конденсированное состояние вещества Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентож, а вещество, поглощаемое из объемной фазы — адсорбатом. Адсорбция Г как величина выражается поверхностной концентрацией адсорбата, т.е. количеством данного вещества, приходящегося на единицу поверхности адсорбента.
Если измерять количество вещества в молях, то единицей измерения адсорбции в системе СИ является моль м 9. Удельная поверхность определяется как отношение площади к массе адсорбента, что соответствует определению, данному ранее для дисперсных систем. Приведем примеры часто встречающихся адсорбентов: 1) силикагель (высокопористый 5!09); 2) цеолиты (микропористые алюмосиликаты натрия); 3) активированный уголь; 4) различные полимерные матрицы. Ниже даны типичные значения удельной поверхности (в мз г ') адсорбентов разного типа: Обычные непористые 0,3-10 Высокодисперсные непористые 100-200 Пористые 300 †8 Эффективными адсорбентами с удельными поверхностями в несколько сотен и до 1000 мз . г ', пригодными для работы в качестве поглотителей в противогазах, активных катализаторах, осушителей и т.п., являются твердые тела с тонкопористой структурой.
Они могут быть получены двумя основными способами, В первом из них твердый скелет адсорбента строится из коллоидных частиц, которые, слипаясь, образуют структуру с огромной внутренней поверхностью. Примером таких адсорбентов является силикагель, представляющий собой аморфную форму диоксида кремния 5!Оз (кремнезема) с размерами сферических частиц от 10 до 100 нм.
Второй способ заключается в воздействии на непористое тело агрессивных газов или жидкостей. Например, при обработке угля газообразной водой или С09 при температуре 850-950'С часть объема угля выгорает и получается активированнь4й уголь, пронизанный тонкими порами размером 5-50 нм. Однако существуют н природные материалы, кристаллическая структура которых имеет пористый характер. Это так называемые пористые кристаллы, ярким представителем которых являются 44еолитьа Данные минералы относятся к алюмосиликатам, например фожазит На49Са19Мйп[А1595!1390394] 235Н90. Структура цеолитов образована тетраэдрическими фрагментами [5!04]4 и [А!04]з, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами размером 0,2 — 1,5 нм. В них находятся молекулы воды и катионы щелочных и щелочноземельных металлов.
Двадцать четыре тетраэдра, связанные между собой, образуют кубооктаэдрические структурные единицы, в вершинах которых расположены ионы 5!4+ и А! +. Эти кубооктаэдры, если их рассматривать как узлы кристаллической решетки, могут упаковываться в простую кубическую решетку (тип А) или решетку типа алмаза [тип Х), к которому принадлежит фожазит. На рис.
14.14 изображены модели решеток данных типов и показаны максимальные размеры отверстий, делающие полости в цеолите доступными для соответствующих молекул. Молекулы бензола, например, способны проникать в полости цеолита Х, но не могут проникнуть в цеолит А. Для молекул н-гексана доступны полости 33 34 3, СООЛ1олиил веи3сспви 477 Обоих цсолитОВ (Вс3кж3ним, 'по В пасы1цсннь1х '13лсводооодах ВО33кожне1 13р3И3т113111я нокрус одинарных связей и обусловленное зтим множество конформаций, так по 478 Гл.
14. Межмолекулярные взаимодействия, Конденсированное состояние вещества поэтому в любом случае разность Ь6 между начальным и конечным (адсорбированным) состоянием отрицательна. Адсорбция всегда сопровождается выделением теплоты, т.е, является экзотермическим проТаблица 14.6. Энтальпии хемосорб- цессом (лН < ()). При физической адсорбцин, — ц ции (кДж моль ) вызываемой невалентными силами, адсорбированное состояние всегда более упорядочено, что ведет к уменьшению энтропии. В случае хемосорбции изменение энтропии зависит от большего числа факторов, таких, как изменения в конфигурации молекул адсорбата, частот колебаний, и др.
Поэтому съ5 может иметь любой знак. Отличительными чертами хемосорбции являются необратимость, высокие тепловые эффекты (сотни кДж . моль '), активированный характер. Теплоты хемосорбции некоторых соединений на переходных металлах показаны в табл. 14.6. Коротко о главном 1. Все молекулы способны взаимодействовать между собой. Межмолекулярные взаимодействия обеспечивают устойчивость веществ в конденсированном (жидком и твердом) состоянии. 2. Энергия этих взаимодействий на порядок меньше энергии ковалентной связи— они слабы индивидуально, но сильны коллективно.
3. Основные виды межмолекулярных взаимодействий — водородная связь и ван- дер-ваальсово взаимодействие. 4. Промежуточными между жидким и кристаллическим состояниями вещества являются жидкокристаллическое и стеклообразное состояния. 5. В коллоидном состоянии вещества основную роль играют поверхностные эффекты. 6. Адсорбцня веществ на поверхности может быть вызвана как ван-дер-ваальсовыми (физическая адсорбция), так и ковалентными (хемосорбция) взаимодействиями. 7.
Поверхностно-активные вещества содержат одновременно гидрофильные и гид- рофобные группы атомов. Они способны изменять поверхностное натяжение жидкостей. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ глдвд Кристаллическое состояние характеризуется упорядоченным расположением частиц (атомов, ионов, молекул) и является наиболее распространенной формой существования твердых веществ'. Внутренняя симметрия определяет и внешнюю форму (огранку) одиночного кристалла (монокристалла). Однако следует иметь в виду, что при выращивании кристаллов из жидкой или газовой фазы в зависимости от условий могут развиться разные типы граней. Например, Г)аС! обычно дает кристаллы в форме куба, но когда осаждение происходит из раствора, содержащего мочевину, получаются октаэдрыз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
