Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Ионные кристаллы. Удобную возмо:кность изучения связи понижения поверхностной энергии с понюкением прочности предоставляют высокодисперсные пористые тела с развитой поверхностью разлела фаз, например высокодисперсная структура гидроксида магния, получаемая при гилратационном твердени и оксида магния (ем.
1Х.2) . Высокая удельная поверхность такой структуры (-1О' м'/г) позволяет непосредственно (весовым методом) измерять аасорбцию паров, Так, при алсорбции паров воды один мои целой отвечает увеличению массы образца примерно на ! %. Определив таким способом зависимость вас орбцни от давления паров воды Г (Р,), мо кно оценить пои иженне поверхностной энергии Лес помощью уравнения Гиббса (см. гл. 11) в форме Р,' -Р„' з Р, т РО Рл з з ? Действительно (рис. 1Х-26), в соответствующих координатах экспериментальные точки 1,0 ложатся на прямую, проходящую через начало координат; при этом лля сг, получается вполне приемлемое значение - 300 мдж/м'. 0,5 Специальные опыты с применением ядерного магнитного резонанса подтвердили, что в этом случае жидкая фаза воды, которая могла бы вызвать растворение контактов между час- О !00 200 †/га, мН/м тицами, отсутствовала, т. е. понюкение прочности было связано именно с действием ад- кису 1Х-26. Сопоставление понижесорбционною слоя воды Та, м,бразом, э„ний ПР'чн'кти и повеР гной энеР- исследования служат количественным под- гии пористой лисперсной структуры тверждением представлений об адсорбцион- гидРоксида магниЯ при адсорбции папой природе рассматриваемых эффектов по- ров воды нюкения прочности.
Вместе с тем понижение поверхностной энергии твердого тела происходит не только при адсорбции паров; в такой же или еще в большей мере оно наблюдается и при капиллярной конденсации с непрерывным переходом к контакту твердого тела с объемной жидкой фазой. Соответственно эффекты снижения прочности твердых тел в результате понюкення их поверхностной энергии при контакте с жидкой фаюй также обычно включаются в обобщенное понятие аасорбционного понижения прочности. По отношению к ионным кристаллам такими родственными средами, способ ными вызывать сильное понижение прочности, являются различные полярные жидкости — прежде всего вода, водные растворы и расплавы солей.
Значение «родственности» среды и понижения прочности ионных кристаллов иллюстрируется рис. 1Х-21, где приведены результаты исследования влияния сред различной природы на прочность поликристаллическнх образцов хаорида калия. Использование среды промежуточной полярности (диоксан) позволило в этих экспериментах непрерывно изменять характер среды от полностью неполярной (гептан) до воды и получить изатермы прочности — зависимости прочности от концентрации Р (с). В этих опытах осуществлялось хрупкое разрушение образцов, и уравнение Гриффитса было применимо, т, ел Рл 1О ь, Н/м з е -дз о,— е=кт)гд!прн о. н Поскольку такие тела разрушаются хрупко, использование уравнения Гриффитса (1Х.4) дает следующую связь между прочностью сухих Р, и адсорбировавших влагу Р„ образцов: 414 0 20 40 60 80 !00 20 40 60 80 !00 мас.
% Гептан Диоксан Вода Ри . с. 1Х-27. Влияние среды на прочность поликристаллов хлорида калия 4!5 Р, кГ/ммз Разрыв т, ОС 432 Уп-Н 29,5 'й(- О, 0,1 Разрыв Оа 20 40 60 ВО %Ул 0 20 40 200 400 600 а, % Рис. 1Х-30. Диаграмма состояния системы Уп — 0а Рве. 1Х-29. Влияние хщакой ртути на зависимость растягивающих напряжений Р от степени деформации а (%) для монокристаллов цинка Р 7ге 1,0 О,В 0,6 0 0,2 0,4 0,6 О,В 1,0 с, моль/л 14 азп 417 416 Спомо,юуравнен,гибб а(П.5)мо оперейтн и р пр Р (с)к изотерме адсорбции Г(с): 2Р,со, ОР Г- ь г а. цт~,' бс ' Полученное соотношение позволяет оценить предельную аде р ц ( ..
) о б ию (см. И.2) и площадь на молекулу з„в адсорбционном слое на вновь образующейся поверхности. Такие оценкидаютправ п а вил ьный порядок величины з„, что, в свою очередь, подтверждает применимость адсорбционных представлений для описания понижения прочности тверПо данным Н.В. Перцова с сатр., расплавы различных оксидов и силикатов вызывают сильное понюкение прочности горных порол, являющихся в основном ионными соединениями. резуль . Эти таты позволяют понять природу некоторых геологических явлений.
сталлы. Такие объекты представляют обширные возможности Молекулярные кристаллы. лля изучения влиян влияния состава жидкой среды на понижение прочности твердого тела. Так, для неполярных веществ, например твердых углеводородов, наибольшие эффекйжения прочности п(юявляются под действием:кидких неполярных сред, тогда ты пон ения ф ной эне гни как помере уъслич увеличения полярности среды происходитповышение межфаз р и ослабление эффектов уменьшения прочности. Опыты с водными растворами ти личных поверхн остно-активных веществ (спирты и кислоты жирного ряда) показали, по ловиях соблюдается правило Дюкло — Траубе (см.
П.2): одинаковое понижен этих условиях с гомолога ние прочн ости образцов нафталина наблюдается для каждого послелующего — и его ис. 1Х-28). п и концентрации в 3 — 3,5 раза меньшей, чем для предьгаугцего (рис. при Для высокомолекулярных веществ также наблюдается понижение проч чносги в средахсоотве тствующсй полярности; при этом для неполярных полимерных материалов (напримср, полизтиле этилена) рост полярности среды вызывает уменьшение степени понюкения прочности, тогда как для полярных (полиметилметакрилат), наоборот, пачностн усиливается с ростом полярносги среды. Эти работы активно развиваются акад.
Н.Ф. Бакеевым и чл.-корр. РАН А.В. Волынским с сотр.; сред интересных исследований в этом направлении можно выделить изучение условий об- Рве. 1Х-28. Изотермы адсорбционного понижения прочности монокристаллов нафталина в водных растворах ПАВ 1- С,Н,СООН; 2- С,Н,СООН; 3- С,Н,ОООН; 4 — С,К„СООН разования и строение специфических нановолокнистых структур так называемых «крайзов» при деформации полимеров в активных средах.
Металлы и некоторые ковалеипвяе кристаллы. По отношению к ним весьма активными средами являются хщдкие металлы. Характернмм примером служит влияние тонкой пленки ртути на механические свойства монокристаллов цинка (рис. !Х-29). Чистые монокристаллы способны растягиваться на сотни процентов, превращаясь при этом в тонкую ленту. По мере деформации растет усилие, которое необходимо прикладывать к образцу для обеспечения дальнейшего деформирования (этот рост напряжения пластического течения по мере увеличения деформации, связанный с увеличением плотности дефектов в кристалле, называется механическим упрочнением или наклепом (см.
1Х.2)!. Лишь при значительных напряжениях порядка нескольких кило- 1 граммов на квадратный миллиметр (10' Н/и') и удлинении кристаллов в несколько раз ! они разрываются. Нанесение ртути резко изменяет поведение монокристаллов; уже после деформации — 10 % происходит разрыв образцов с хорошо выраженным хрупким сколом по плоскости с пай ности [плоскость базиса (0001) ), и напряжение разрушения составляет лишь сотни граммов на квадратный миллиметр (10' Н/м'). Степень снижения поверхностной энергии твердого металла в контакте с расплавом другого, более легкоплавкого металла в значительной мере определяется энергией смешения и, компонентов системы (см. 1.3). Сильное снюкение поверхностной энергии можно ожидать при небольших (порядка )г?) положительных значениях энергии смешения и,.
Этому, в свою очередь, отвечают простые энте ктиче скис диаграммы бинарных систем (рис.!Х-30). Согласно наблюдениям Н.В. Перцова и П.А. Ребиндера, именно для систем с диаграммами состояния простого эвтектического типа наиболее часто встречаются сильные эффекты аасорбционного понижения прочности, Эта закономерность служит основой для предсказания возмо:кностн адсорбционных эффектов и подбора адсорбционно-активных сред для различных твердых тел. В полном соопгетствии с названным правилом эффекты понижения прочности обнаруживаются в системах; Ул — НВ, Уп — Оа, Сб — Оа, А1 — 0а, Сц — В1, Ре — Ул, Тг — Сд, Ое — Ац и т.
д. 1Х.4.2. РОЛЬ РЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ В ПРОЯВЛЕНИИ ЭФФЕКТОВ АДСОРБЦИОННОГО ВЛИЯНИЯ СРЕДЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ При рассмотрении условий разрушения реального твердого тела уже был упомянут важный структурный параметр, определяющий его прочность,— размер зародышевой трещины разрушения 1„входящий в уравнение Гриффитса. В ряде случаев, особенно при разрушении хрупких тел, например стекла, такие зародышевые микротрешины могут находиться в твердом теле до приложения нагрузки; их появление чаше всего связано с поверхностными дефектами, например царапинами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
