Slide 1

POVRINSKE POJAVEPovrinske pojave karakteristine za granicu faza; posledica su dejstava meumolekulskih sila u graninim povrinama faza; do povrinskih pojava dolazi zato to molekuli, joni ili druge estice koje se nalaze na povrini te supstance (tik uz graninu povrinu) imaju drugaije osobine od onih estica koje se nalaze u njenoj unutranjosti; imaju slobodnu povrinsku energiju Povrinske pojave povrinski napon, adsorpcija, razlijevanje, kvaenje, kapilarno prodiranje...

Granina povrina onaj granini sloj jedne faze koji je u dodiru sa krajnjim slojem druge faze

Faza homogeni dio sistema koji u svim svojim takama ima iste hemijske i fizike osobine i fizikom granicom je odijeljen od drugih dijelova sistema; faze prisutne u nekom sistemu meusobno se razlikuju po hemijskoj i fizikoj grai i osobinama, agregatnom stanju, modifikaciji, sadraju energije i dr. i definisane granine povrine

POVRINSKE POJAVEBroj molekula koji se nalazi u graninim povrinama faze je mali u odnosu na broj molekula unutar same faze; molekuli u graninoj povrini faze uvijek su u dodiru sa molekulima neke druge faze

Granine povrine: T/T, /, /T, /G i T/GPOJAVE U GRANINOJ POVRINI T/GU praksi to su granine povrine istih tenosti ili rastvora sa vazduhom (gas); ako je tena faza rastvor tada su pored molekula rastvaraa u njemu prisutne i molekule rastvorene supstance koje takoe dospijevaju u granine povrine faze i u veoj ili manjoj mjeri utiu na razliite povrinske pojave

Povrinski napon povrinska pojava na granici T/GPOVRINSKI NAPONPovrinski napon posledica dejstava meumolekulskih sila privlaenja izmeu molekula u tenosti

ematski prikaz meumolekulskih sila u tenosti:Molekul u unutranjosti tenostiMolekul na povrini tenosti

POVRINSKI NAPONMolekul 2 nalazi se u unutranjosti faze (tenosti) i okruen je istovrsnim molekulama; sile meumolekulskog dejstava se kompenziraju (ponitavaju) i njihova rezultanta je jednaka nuli

Molekul 1 nalazi se na povrini tenosti (granica faza) i nema sve meumolekulske sile kompenzirane; -meumolekulske sile koje djeluju u unutranjosti kao i sa lijeve i desne strane molekula su kompenzovane; sa gornje strane na molekul djeluje vrlo slaba sila molekula gasa (vazduha); -privlane sile ostaju usmjerene prema unutranjosti tenost, ostaju nekompenzovane, i javlja se rezultanta sila koja je usmjerena ka unutranjosti tenost i tei da molekul iz graninog sloja uvue u unutranjost tenosti i smanji slobodnu povrinu faze na minimum-ako u pvrinski sloj dolazi novi molekul, tako da se povrina u graninom sloju poveava potrebno je utroiti rad (troi se na savladavanje meumolekulskih sila)

POVRINSKI NAPONRad potreban da se pri izotermnom i reverzibilnom procesu povrina tenost povea za jedinicu je povrinski napon (J/m)

Suviak energije povrinskog sloja tenosti u poreenju sa energijom molekula u unutranjosti tenosti zove se povrinska energija

Zbog povrinske energije na povrini tenosti javlja se povrinski napon; povrinski napon je sila koja djeluje tangencijalno na povrinu tenosti i nastoji maksimalno smanjiti njenu povrinu (N/m); slobodna povrinska energija i povrinski napon brojano su jednakiPOVRINSKI NAPON

Sila F potrebna da pomakne pokretnu stranu rama duine l nasuprot sili povrinskog napona F za veliinu x izvri rad: W=F xDjelovanje sile F je uravnoteeno silom povrinskog napona F koja moe da se prikae preko sile koja djeluje po jedinici duine opne l pa je:F=2lKada je F=F tada je: W=F x= 2l x=S

=W/S=F/2l (N/m=J/m)Iz jednaine se vidi da je sila koja je potrebna da se raskine opna tenosti jedinine duine, takoe i rad potreban da se povrina tenosti povea za jedinicu (1m)SPOVRINSKI NAPONPovrinski napon zavisi od:

Prirode tenosti (jaine meumolekulskih privlanih sila; ukoliko su meumolekulske privlane sile vee utoliko je vei i povrinski napon; polarne tenosti sa jakim meumolekulskim privlanim silama imaju velike vrijednosti povrinskog napona npr. voda)

T (ukoliko je T vea povrinski napon je manji i obrnuto; poveanjem T poveava se Ek molekula zbog ega slabe meumolekulske privlane sile i smanjuje se vrijednost povrinskog napona i obrnuto)

Dodatak nekih drugih supstanci tenosti mogu jako da sniavaju vrijednost povrinskog napona (povrinski aktivne materije PAM) ili da malo ili nimalo ne mijenjaju vrijednost povrinskog napona (povrinski inaktivne materije)

Dipolni karakter molekula vodePOVRINSKI NAPON

Povrinski napon tenosti,

Povrinski napon nekih tenosti, na razliitim temperaturama POVRINSKI NAPON

MJERENJE POVRINSKOG NAPONA

Kapilara uska cijev promjera < 1 mmLat. capillus vlas kose

MJERENJE POVRINSKOG NAPONA

GFF- vertikalna komponenta sile povrinskog naponaG- sila teine stuba tenostiF =G

F=2rcos

G=mg=Vg=rhg

2rcos= rhg

Ako tenost potpuno kvasi zid suda onda je 0 i cos=1 pa je:

=1/2rhg

Najtanija metoda

FhFMJERENJE POVRINSKOG NAPONA

x povrinski napon nepoznate tenosti na radnoj T (N/m)H2O povrinski napon vode na radnoj T (N/m)H2O gustoa vode na radnoj T (kg/m)x gustoa nepoznate tenosti na radnoj T (kg/m)H2O gustoa vode na radnoj T (kg/m)hx visina stuba nepoznate tenosti u kapilari (m)hH2O visina stuba vode u kapilari (m)

POVRINSKI NAPON RASTVORAU graninom povrinskom sloju istih tenosti ako se zanemare molekule vazduha nalaze se samo molekule te tenosti

Ako je u tenosti rastvorena neka supstanca onda u povrinskom sloju imamo i molekule tenosti i molekule rastvorene supstance

U zavisnosti od megudejstava sa molekulama rastvraa (tenosti) molekuli rastvorene supstance nalazie se u razliitim koncentracijama u unutranjosti i u povrinskom sloju i u razliitoj mjeri uticae na povrinski napon

Razlike u koncentraciji rastvorene materije u unutranjosti i u povrinskom sloju-tenja sistema da maksimalno smanji svoju slobodnu povrinsku energiju

Koncentracija rastvorene supstance u povrinskom sloju zavisie od toga da li njeno prisustvo smanjuje ili poveava povrinski napon

Ako rastvorena supstanca smanjuje povrinski napon njena koncentracija e biti vea u povrinskom sloju nego u unutranjosti rastvora

Ako rastvorena supstanca poveava povrinski napon njena koncentracija e biti vea u unutranjosti rastvora nego u povrinskom sloju POVRINSKI NAPON RASTVORANagomilavanje rastvorene supstance u graninom sloju adsorpcija

Pozitivna i negativna adsorpcija

Za adsorpciju rastvorene supstance u povrinskom sloju vai Gibsovo pravilo: ako se povrinski napon tenosti smanjuje dodatkom supstance onda je to smanjenje znatno ve sa malim koncentracijama dodane supstance a ako dodatak supstance poveava povrinski napon tenosti poveanje je neznatno ak i pri dodatku veih koliina

Primjer: dodatak 0,1% Na-oleta smanji povrinski napon vode sa 72,8 na 27,2 mN/m na 20C, dok ga 55% saharoza povea na svega 75,7 mN/m

Ako su sile uzajamnog meudejstva izmeu molekula tenosti (rastvaraa) vee od privlanih sila izmeu molekula rastvorene supstance dolazi do smanjenja povrinskog napona rastvora i do pozitivne adsorpcije

Ako su sile uzajamnog meudejstva izmeu molekula tenosti (rastvaraa) manje od privlanih sila izmeu molekula rastvorene supstance dolazi do poveanja povrinskog napona rastvora i do negativne adsorpcijePOVRINSKI NAPON RASTVORAPovrinski aktivne materije (PAM) materije koje jako sniavaju povrinski napon

Povrinski neaktivne materije - materije koje malo ili nimalo poveavaju povrinski naponZAVISNOST POVRINSKOG NAPONA OD KONCENTRACIJEPri promjeni koncentracije rastvora povrinski napon rastvora moe da se mijenja razliito prema tome kakve je hemijske grae rastvorena supstanca

U praksi se mogu dobiti 3 tipa zavisnosti povrinskog napona vode (najei rastvara) u zavisnosti od koncentracije rastvorene supstance (mN/m)Kriva I neznatno ali konano poveanje sa poveanjem koncentracije rastvorka (elektroliti, eeri,...)

Kriva II kontinualno opadanje sa poveanjem koncentracije rastvorka (globularni proteini)

Kriva III naglo sniavanje sa poveanjem koncentracije rastvorka (PAM-sapuni, deterenti, emulgatori,...)

ADSORPCIJAPovrinska pojava, karakteristina za granicu fazaAdsorpcija je nagomilavanje estica iz rastvora ili gasa na povrinu vrste ili tene faze ili: adsorpcija je pojava promjene koncentracije na granici faza;pozitivna i negativna adsorpcija

Adsorbens- - supstanca na kojoj dolazi do adsorpcijeAdsorptiv supstanca koja se adsorbuje

adsorptivadsorbensADSORPCIJAPotrebno je razlikovati pojavu adsorpcije od pojave apsorpcijeAdsorpcija raspodjela gasne ili tene faze po povrini vrstog adsorbensaApsorpcija ravnomjerna raspodjela gasne ili tene faze po cijeloj zapremini vrstog adsorbensa

APSORPCIJA

ADSORPCIJAPrimjer: -amonijak se apsorbuje u vodi i -adsorbuje na povrini estica aktivnog ugljaSorpcija, sorbent, sorbatADSORPCIJADo adsorpcije dolazi zbog slobodne povrinske energije; privlane sile estica (molekuli, joni,atomi) vrste ili tene faze koji se nalaze na povrini nisu zasiene.

U nastojanju da zasite ove privlane sile vrste (tene) supstance za svoju povrinu vezuju molekule gasa ili pak molekule i jone tenost. Na taj nain se stabilizuju i svoju povrinsku energiju smanjuju na minimalnu vrijednost

Kako prilikom adsorpcije dolazi do smanjenja slobodne energije sistema ona se odigrava spontano; proces adsorpcije je egzoterman a koliina osloboene toplote zavisi od prirode adsorbensa i adsorbata kao i od jaine veze koje se uspostavljaADSORPCIJAU procesu adsorpcije uspostavlja se dinamika ravnotea izmeu adsorbovanog i neadsorbovanog dijela gasne ili tene faze

Desorpcija uklanjanje adsorbovane faze sa povrine adsorbensa (prevoenje u gasnu ili tenu fazu)

Adsorpcija zavisi od prirode adsorbensa i adsorbata, temperature, pritiska i koncentracije adsorbata

Osobine adsorbensa znaajne za adsorpciju - sastav, struktura, reljef povrine, veliina, oblik i raspodjela pora

Osobine adsorptiva znaajne za adsorpciju su - osobine vezane za molekulsko stanje kao to su: veliina, prostorna graa, polarnost i energetsko stanje molekule

Adsorpciona mo adsorbensa izraava se koliinom supstance koja se adsorbuje na 1 cm adsorbensa ili koliinom supstance koju adsorbuje 1 g prakastog adsorbensaADSORPCIJAAdsorpciona mo zavisi od: specifine povrine, oblika estice adsorbensa (neravne povrine), poroznosti adsorbensa (porozni i neporozni), T(egzoterman proces) i p Specifina povrina obuhvata vanjsku (povrina svih udubljenja i neravnina povrine) i unutranju povrinu adsorbensa (povrinu svih pora i kanala)

Hrapave povrine adsorbuju veu koliinu supstance nego glatke povrine; adsorpcija je vea na vrhovima, iljcima i drugim istaknutim povrinama vrste supstance-aktivnim mjestima; udubljenja na povrini imaju manju adsorpcionu moADSORPCIJAPoveanjem koncentracije adsorbata i vremena adsorpcije poveava se i koliina adsorbovane supstance; nakon nekog vremena sa porastom koncentracije adsorbata koliina adsorbovane supstance se ne mijenja i kaemo da je dolo do zasienja povrine adsorbensa (sva mjesta na kojima moe da se adsorbuje adsorbat su zauzeta)-maksimalna adsorpcijaC / mol dm-3m / gcm-3T1T0T2Zavisnost koliine adsorbovane supstance od njene koncentracije pri T=const. prikazuje se adsorpcionim izotermamaT2 0)?treba da stoji:Ak

Koeficijent razlijevanja ili napon razlijevanja, Kr razlika izmeu rada adhezije i rada kohezije (tenosti koja se razlijeva); predstavlja mjerilo tenje da se neka tenost razlije po povrini druge:

Kr = Aa Ak = (1 + 2 1,2) 22 = 1 (2 + 1,2)

Ako je 2 povrinski napon tenosti koja se razlijevaRAZLIJEVANJEAko se kap ulja nalazi na vodi onda je Kr jednak:Kada je:Kr>0 ulje se razlijeva na vodiKr=0 ulje plovi na vodiKr (U + V/U) tj. Kr>0

Ako se dvije tenosti ogranieno mijeaju, u toku razlijevanja dolazi do promjene povrinskih napona i jedne i druge tenosti i do promjene napona razlijevanja; razlikujemo poetni i krajnji Kr

POJAVE NA GRANINIM POVRINAMA VRSTO/TENOOd meudejstava molekula u graninim povrinama /T zavise pojave koje su od velikog praktinog znaaja kao to su: kvaenje, obrazovanje filmova, adsorpcija raznih materija iz rastvora, adsorpcija jona i izmjena jona, precipitacija i dr.KVAENJEPojava kvaenja je posledica meusobnog dejstva molekula u graninom sloju vrstog tela i neke tenosti

Povrinski napon na granici vrst/vazduh /G, privlai molekule tenosti silom athezije i tei da razlije kap tenosti i pokrije vrstu povrinuPovrinski napon na granici vrsto/teno /T, odupire se ovoj tenji jer djeluje u suprotnom smjeru povrinski napon na granici teno/gas T/G, trea komponenta; djeluje tangencijalno na povrinu kapi i tei da je odri u sfernom obliku; vertikalna i horizontalna kompnenta ove sile, vertikalnba se zanemaruje; djeluje samo horizontalna komponenta ove sile T/Gcos

/TT/G/GT/GcosKVAENJEU stanju ravnotee vrijedi da je:

Ugao zove se ugao kvaenja ili kontaktni ugao; predstavlja mjerilo inteziteta kvaenja vrste povrine tenou

Tenost kvasi vrsto telo ako je 90 tenost djelimino kvasi vrsto telo

Kada je =0 tj. cos=1 kvaenje je potpuno; tenost potpuno prekriva itavu povrinu vrste supstance; tenost se iri po njoj

Kada je =180 tenost ne kvasi povrinu vrstog tela

vrste povrine mogu biti hidrofobne ako sa vodom daju >90, odnosno hidrofilne ako sa vodom daju