Hiện tượng bề mặt – Tính chất bề mặt của hệ keo

Hiện tượng bề mặt – Tính
chất bề mặt của hệ keo


Hệ có 2 pha trở lên – tồn tại các
hiện tượng xảy ra ở gần bề mặt
phân cách pha gọi là những hiện
tượng bề mặt.

Bất kỳ một bề mặt phân cách
nào giữa 2 pha cũng đều có
những tính chất lý hóa khác với
những phần bên trong của các
pha ấy

Khác với bên trong lòng thể tích
của hai pha, ở lớp bề mặt phân
cách sự tác động của lực hút giữa
các phần tử không được cân bằng
 Xuất hiện năng lượng bề mặt
tự do, ký hiệu là G (G=Sσ, quy
về 1 đơn vị diện tích là SCBM)

G=σS
Quy về 1 đơn vị diện tích là SCBM

HIỆN TƯỢNG CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG
HIỆN TƯỢNG CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG
Tại sao con cào cào, kẹp giấy nổi trên mặt nước?

Mặt trên
Mặt dưới
Lực do màng căng này
được gọi là lực căng bề mặt
Lực do màng căng này có
chiều sao cho có tác dụng thu
nhỏ diện tích mặt thoáng
QUAN SÁT HT

I. GIẢI THÍCH THEO
QUAN NIỆM
PHÂN TỬ


Chất khí
Chất lỏng
Chất rắn
1/Cấu trúc của chất lỏng
a. Mật độ của chất lỏng :
1./So sánh mật độ phân tử các
chất ?
So sánh cấu trúc của chất lỏng

với chất rắn ?
n
k
<<< n
l
< n
r
b/Cấu trúc của chất lỏng : cấu trúc
trật tự gần ( gần giống chất rắn VĐH)


*/Các phân tử trong mọi chất lỏng luôn tương tác với nhau
băng lực tương tác phân tử:
-Đẩy nhau khi nằm cách nhau một khoảng bé hơn ro.
-Hút nhau khi nằm cách nhau một khoảng lớn hơn ro.
-Khoảng cách ro gọi là bán kính tác dụng của phân tử.
*/Nếu phân tử nằm sâu trong chất lỏng chịu các lực hút cân
bằng về mọi phía của các phân tử bao quanh nó trong
hình cầu bán kính ro.
*/Nhưng đối với phân tử nằm cách mặt thoáng chất lỏng
một khoảng nhỏ hơn ro, thì bị các lực hút tổng hợp hướng
vào trong chất lỏng và vuông góc mặt ngoài chất lỏng.

2.Chuyển động nhiệt ở chất lỏng
Các phân
tử chất
lỏng
chuyển
động thế
nào ?

Dao động quanh 1 vị trí cân bằng thỉnh thoảng
đổi chỗ mới .


- Vì chuyển động nhiệt nên một số phân tử phía
trong lại ra phía ngoài. Nhưng số phân tử bị
hút vào phía trong sau mỗi đơn vị thời gian lớn
hơn nhiều so với số lượng phân tử chuyển ra
mặt ngoài.
 Số phân tử mặt ngoài luôn bị giảm, và mặt
ngoài luôn bị co nhỏ lại cho tới khi trạng thái
cân bằng động được thiết lập .

II. GIẢI THÍCH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP NĂNG
LƯỢNG



Khi bề mặt của chất lỏng biến dạng, thế năng bề mặt
thay đổi đúng bằng công cơ học của sức căng bề
mặt.
Khi hai giọt nước trong không khí nhập thành một,
diện tích bề mặt giảm và do đó thế năng bề mặt
giảm; theo định luật bảo toàn năng lượng thế năng
này có thể được chuyển hóa thành dạng năng
lượng khác như động năng trong dao động của
giọt nước hay nhiệt năng (làm nóng giọt nước lên
chút xíu).
Muốn làm diện tích bề mặt giọt nước trong không

khí tăng, cần thực hiện công cơ học vào giọt nước,
và công này được dự trữ trong thế năng bề mặt.
Giọt nước ở trạng thái cân bằng bền khi thế năng bề
mặt cực tiểu, ứng với diện tích bề mặt cực tiểu của
một thể tích cho trước, tức là mặt cầu


Xu hướng đạt đến cân bằng bền với thế năng
bề mặt cực tiểu cũng là xu hướng chung của
các hệ vật chất chứa các phần tử là chất lỏng.

Giải thích tại sao trạng thái nhũ tương, với
thế năng bề mặt chưa đạt cực tiểu, không
phải là trạng thái nhiệt động lực học bền.

Để giữ trạng thái nhũ tương, như ở nước từ
hay phế nang của phổi, cần có chất hoạt hóa
bề mặt làm thay đổi sức căng bề mặt. Ở phổi
trẻ em, nếu hoạt chất tự nhiên của cơ thể
không phát huy tác dụng, trẻ em có thể mắc
bệnh màng trong

III. SỨC CĂNG


Sức căng bề mặt :
-
Lực tác dụng lên 1 đơn vị chiều dài của ranh
giới phân chia pha và làm giảm bề mặt chất
lỏng đgl SCBM (ký hiệu σ).

-
Lực hút này luôn có hướng tiếp tuyến với bề
mặt chất lỏng
-
Đơn vị là dyn/cm; ere/cm
2

Lưu ý : Nhờ tác dụng thu nhỏ diện tích mặt
thoáng của lực căng bề mặt mà khi khối chất
lỏng không chịu tác dụng của lực hoặc hợp lực
bằng không thì : chất lỏng đều có dạng hình
cầu
Giọt nước khi bắt đầu rơi Giọt anilin có D
A
= D
dd muối
Nước muối

IV. NĂNG LƯỢNG BỀ MẶT

-
Do lực tương tác phân tử không cân bằng  các
p.tử ở bề mặt chất (lỏng, rắn) chịu tác dụng của lực
hút vào trong lòng chất.
Muốn đưa 1 phân tử chất từ trong lòng lên bề mặt phải tốn
1 năng lượng để chống lại lực hút đó (mỗi ptử ở bề mặt có
1 năng lượng lớn hơn so với các phân tử ở trong lòng hoặc
ở trong thể tích của chất)
Năng lượng dư của tất cả các p.tử bề mặt so với năng lượng
trung bình của các p.tử trong thể tích của chất đgl năng

lượng tự do bề mặt (năng lượng bề mặt, ký hiệu là G)

G = σ S
Năng lượng bề mặt quy về 1 đơn vị diện tích bề mặt đgl
Sức căng bề mặt

SCBM là kết quả của lực tương tác p.tử nên phụ thuộc vào
bản chất của các chất tiếp xúc, nhiệt độ và lượng chất hòa
tan.
Ở cùng T:



T
0
tăng  SCBM giảm