Меню

Какое давление называется молекулярным давлением

Молекулярное давление и поверхностное натяжение

В гидравлике жидкость рассматривается как непрерывная однородная бесконечно делимая среда, частицы которой предполагаются настолько малыми, чтобы можно было считать жидкость сплошной, но достаточно большими, чтобы пренебречь силами взаимодействия между молекулами.

Тем не менее, рассматривая некоторые свойства жидкости, приходится учитывать проявление молекулярных сил. Так, например, известно, что силы, действующие на молекулы поверхностного слоя жидкости, не уравновешены. Силы притяжения со стороны молекул внутренних слоев жидкости больше сил притяжения, действующих над ее поверхностью. Вследствие этого поверхностный слой оказывает так называемое молекулярное давление на жидкость. Это давление очень велико и составляет, например, для спирта 236 МПа, для воды — 1079 МПа.

Естественно, что давления, обычно применяемые в практике, не оказывают на жидкость сколько-нибудь заметного влияния, так как предварительное давление, обусловленное молекулярным притяжением частиц, несравненно больше того давления, с которым обычно приходится сталкиваться в практике. Этим, в частности, можно объяснить малую сжимаемость капельных жидкостей.

Силы взаимного притяжения молекул жидкости обусловливают не только описанное выше молекулярное давление, но и известное из физики поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение проявляется в том, что поверхностный слой жидкости стремится всегда сократиться. Вследствие этого происходит поднятие уровня жидкости в капилляре в случае вогнутого мениска и — капиллярное опускание, если мениск выпуклый, т. е. когда жидкость не смачивает поверхность капилляра.

Поверхностное натяжение следует принимать во внимание при работе с жидкостными приборами для измерения давления, при исследовании некоторых случаев истечения из отверстий и др.

В коллоидной химии и других разделах физики и химии поверх-ностных явлений при анализе межфазовых взаимодействий часто используют понятия адгезии и когезии (рис.7.3). Работу когезии Wk определяют как работу разрыва однородной гомогенной фазы с образованием двух новых поверхностей раздела этой фазы с ее собственным паром. В простейшем случае Wk равна обратимой работе разрыва столбика жидкости с единичной площадью сечения, т.е.

где множитель 2 указывает на образование двух новых одинаковых по вели-чине и свойствам поверхностей раздела ж/п. В итоге работу когезии можно рассматривать как меру межмолекулярного взаимодействия в объеме гомоген-ной конденсированной фазы.

Работа адгезии Wa, также отнесенная к единице поверхности, опреде-ляется как работа разрыва межфазного поверхностного слоя. В этом случае энергия затрачивается на образование двух поверхностей раздела, равных по величине, но разных по свойствам. Соответственно, изменения свободной энергии связаны с заменой свободной энергии исходной межфазовой границы на свободную энергию поверхностей фаз, граничащих с собственным паром. В системе ж/т работа адгезии Wa равна

Работу адгезии можно рассматривать как меру интенсивности взаимодейст-вия двух разных контактирующих фаз, т.е. степени взаимного насыщения нескомпенсированных поверхностных сил, причем член sтжопределяет интенсивность остаточных нескомпенсированных связей ( чем больше sтж, тем меньше при прочих равных условиях величина Wa). Уравнение (7.5) часто называют уравнением Дюпре ( которыйв 1869 году получил это уравнение). Подстановка в это уравнение уравнений (7.1) и (7.4) дает

Уравнение (7.6.1) удобно тем, что позволяет исключить трудно опреде-ляемые экспериментально величины sтпиsтж,в то время какзначения sжп иCosqизмеряются довольно легко. Из уравнений (7.6) и (7.6.1) следует, что величина Cosqхарактеризует степень родственности или, как говорят, филь-ности контактирующих фаз. Твердые тела, образующие с водой контактный угол q O , называют гидрофильными, и при q Oгидрофобными, а в более общем случае при контакте с произвольной жидкостью — соответственно, лиофильными или лиофобными (от греч. lyo-растворять, раствор, и phobos -бояться, страх или рhileo- любить). Например, полярные поверхности хорошо смачиваются водой и поэтому являются гидрофильными, а насыщенная неполярная поверхность углеводородов, особенно фторзамещенных, является гидрофобной.

Читайте также:  Повышенное нижнее артериальное давление чем лечить

Из уравнений (7.6) и (7.6.1) также следует:

180 0 >q >90 0 0> Cos q > —1 0 0 , а усло-вие Wa/Wk >1.0 приводит к неограниченному растеканию (это же условие является необходимым условием последующего растворения). Движущую силу растекания определяют как разницу работ адгезии и когезии и назы-вают работой растекания.*

Величина адгезии всегда больше нуля, т.к. между соприкасающимися фазами всегда имеется какое-либо, пусть очень небольшое межмолекулярное взаимодействие. Поэтому ситуация, когда Wa=0 и угол q=180 0 , не возможна. Во всех известных экспериментально исследованных системах ж/т/п значе-ния краевого угла q не превышали 150 0 ( в результате отношение работ адгезии и когезии всегда превышает величину

Наибольшее распространение получили следующие методы определения поверхностного натяжения жидких межфазовых границ:

· метод измерения массы или глубины погружения предмета в исследуемую жидкость (метод Вильгельми);

· метод измерения геометрических размеров свободных поверхностей раздела фаз (лежащая, висящая или вращающаяся капля, сидящий или висящий пузырек);

· сталагмометрический метод (метод счета капель);

· метод измерения усилия отрыва предмета от поверхности раздела фаз (отрыва цилиндра — метод Падди, отрыва кольца — метод Дю-Нуи);

· метод измерения капиллярного поднятия жидкости;

· метод измерения максимального давления в пузырьке газа или капле жидкости (метод Шредингера).

Установлено, что при смачивании твёрдого тела жидкостью наблюдается выделение тепла, так как разность полярностей на границе твёрдое тело–жидкость меньше, чем на границе с воздухом. Для пористых и порошкообразных тел теплота смачивания обычно изменяется от 1 до 125 кДж/кг и зависит от степени дисперсности твёрдого тела и полярности жидкости.

Теплота смачивания характеризует степень дисперсности твёрдого тела и природу его поверхности. Большее количество теплоты выделяется при смачивании той жидкостью, которая лучше смачивает твёрдую поверхность.

Если через q1 – обозначить удельную теплоту смачивания породы водой, а через q2 — обозначить удельную теплоту смачивания породы нефтью, то для гидрофильных поверхностей будет выполняться соотношение : (q1/ q2) > 1, а для гидрофобных: (q1/ q2) -1 . В области очень малых давлений bр « 1 и a = (amb)p, что отвечает уравнению Генри, в котором КH = amb. В области очень больших давлений 1 и а ат; при этом адсорбция перестает зависеть от давления. Константа равновесия b -1 связана со стандартным значением изобарного потенциала реакции:

где b-т. наз. адсорбц. коэф., равный Кр -1 . В области очень малых давлений bр « 1 и a = (amb)p, что отвечает уравнению Генри, в котором КH = amb. В области очень больших давлений 1 и а ат; при этом адсорбция перестает зависеть от давления. Константа равновесия b -1 связана со стандартным значением изобарного потенциала реакции:

Модель Ленгмюра требует, чтобы дифференц. теплота и энтропия адсорбция не зависели от степени заполнения поверхности.

уравнение (14)-строгое выражение, соответствующее модели Ленгмюра, однако оно редко оправдывается на опыте, поскольку сама модель идеализированадсорбция Учение об адсорбция с 20-х гг. 20 в. в значит. степени строилось на основе ослабления или исключения того или иного допущения Ленгмюрадсорбция

Читайте также:  Остаточное давление в баллоне углекислого газа

Уже Ленгмюр предложил способ описания адсорбция на неоднородной поверхности (т.е. при допущении, что не все центры оди наковы). Объединяя одинаковые центры в группы и полагая, что к каждой группе применимо уравнение (14), можно считать, что адсорбция на всей поверхности выражается суммой членов уравнения (14):

.Фрейндлих (1906) предложил описывать изотермы адсорбции следующим эмпирическим уравнением (уравнение Фрёйндлиха):

где k и n — константы. Этим уравнением часто пользуются как интерполяционной формулой, хотя оно при малых р не переходит в уравнение (12), а при очень больших р приводит к несогласующемуся с опытом неограниченному возрастанию а.

Метод предложен Брунауэром, Эмметом и Тейлором. Он более адекватно описывает процесс адсорбции, чем изотерма адсорбции Лэнгмюра. Используются следующие допущения: поверхность адсорбента однородна; взаимодействие адсорбент-адсорбат сильнее, чем адсорбат-адсорбат; взаимодействие адсорбированных молекул учитывается только в направлении, перпендикулярном поверхности, и рассматривается как конденсация. Линейная форма уравнения БЭТ имеет вид (p/po) / (a(1- p/po)) = 1/(amC) + (C-1)(p/po) / (amC), где p/po –отношение давления в системе к давлению конденсации, a – величина адсорбции, am – объём монослоя на поверхности адсорбента, С – отношение констант адсорбционного равновесия в первом слое и константы конденсации.

Основной практической целью применения метода БЭТ является нахождение площади поверхности пористого твёрдого тела. Для этого получают экспериментальную зависимость адсорбции a от давления p/po при постоянной температуре (изотерма адсорбции), после чего по уравнению БЭТ вычисляют величину am и, затем, число молекул в монослое. Зная площадку, занимаемую одной молекулой, далее можно рассчитать суммарную площадь поверхности адсорбента любой формы и пористости. Принято считать, что метод БЭТ можно использовать для определения площади поверхности с точностью 5-10% в интервале значений относительного давления (p/po) 0,05-0,35. Для более детального анализа пористой структуры твёрдого тела (вычисление доли пор различного диаметра в общей пористой структуре) по изотермам адсорбции используют дополнительные расчетные модели (см. например BJH).

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Молекулярное давление

Молекулярное давление зависит от сшш взаимодействия между молекулами, то есть от природы жидкости. Силы взаимодействия тем выше, чам полярное молекулы. [1]

Молекулярное давление зависит от кривизны поверхности жидкости, если радиус кривизны сравним с радиусом действия молекулярных сил. [2]

Молекулярное давление равно для воды 10 108н / л 2; для спирта 2 4 — 108н / Л12; для эфира 1 4 — 108н / лгг. Почему же такое огромное давление не раздавливает даже пузырек воздуха, находящийся в жидкости. [3]

Молекулярное давление определяется как производная этой функции по объему. [4]

Дополнительное молекулярное давление рг , обусловленное искривлением поверхности, направлено от поверхности внутрь жидкости. Оно уравновешивается давлением, приложенным извне к поршню, вставленному в капилляр. [5]

Определим молекулярное давление поверхностного слоя из других предпосылок. [6]

Гипотеза молекулярного давления предполагает, что причиной ВО является возникновение в несплошном металле высокого давления водорода, что вызывает большие внутренние напряжения структуры. [7]

Гипотеза молекулярного давления предполагает, что причиной ВО является возникновение в несплошном металле высокого давления водорода, что вызывает большие внутренние напряжения структуры. [8]

Итак, молекулярное давление дважды пропорционально плотное. [9]

Читайте также:  Насос с постоянным давлением 10 атмосфер

Характерной особенностью молекулярного давления является зависимость его величины от кривизны поверхности раздела. [10]

Не учитывая вовсе молекулярного давления , можем сказать, что в жидкости, находящейся в капиллярной зоне, должен иметь место вакуум. [12]

Это давление называется молекулярным давлением . [14]

Молекулы поверхностного слоя испытывают молекулярное давление , и на перемещение их из внутренних слоев на поверхность затрачивается работа сил молекулярного сцепления, поэтому на поверхности раздела фаз концентрируется избыточная свободная энергия. [15]

Источник

Какое давление называется молекулярным давлением

При не слишком высоких температурах молекулярные объемы жидкостей значительно меньше молекулярных объемов газов или паров. Это означает, что молекулы жидкостей расположены гораздо ближе друг к другу, нежели молекулы паров, а следовательно, силы молекулярного притяжения в жидкостях значительно больше, чем в парах.

В уравнении Ван-дер-Ваальса взаимодействие молекул учитывается поправкой к давлению, равной отношению характерной для данного вещества постоянной величины а к квадрату молекулярного объема V, т. е.

Уравнение Ван-дер-Ваальса в первом приближении применимо и к жидкостям, и потому, пользуясь им, можно оценить величину поправки к внешнему давлению, которую необходимо ввести в том случае, если вещество находится в жидком состоянии.

Молекулярный объем воды при 4 °С составляет Постоянная а для водяного пара . Поправка к давлению, следующая из уравнения Ван-дер-Ваальса для воды в жидком виде, будет:

Не следует переоценивать значение сделанного расчета. Полученная цифра указывает лишь на то, что взаимодействие молекул в жидкостях эквивалентно очень большому внешнему давлению. Экспериментальная оценка молекулярного притяжения в жидкостях действительно подтверждает, что последнее эквивалентно давлению в сотни, а иногда, вероятно, и в тысячи атмосфер.

Поправку к внешнему давлению, эквивалентную действию сил притяжения, называют внутренним, или молекулярным давлением жидкости.

Необходимо подчеркнуть отличие молекулярного давления от вычисленного ранее для газов термического давления, обусловленного тепловым движением молекул. Молекулярное давление — это не давление в том смысле, как оно понималось в учении о газах, а скорее условное обозначение величины, учитывающей влияние сил молекулярного взаимодействия на объем, занимаемый веществом.

Физически силы молекулярного взаимодействия, а следовательно, и то свойство жидкости, которое называют молекулярным давлением, проявляются, если пытаться увеличить или уменьшить

объем, занимаемый жидкостью, т. е. сблизить или удалить молекулы вещества друг от друга.

В жидкости, которая занимает равновесный объем, молекулы колеблются около положений, в которых силы притяжения между ними в точности уравновешены силами отталкивания.

Состояние частиц в жидкости можно до некоторой степени уяснить на примере грубо приближенной механической модели, если представить себе две совершающие колебания частицы, соединенные упругой пружиной. Жесткость пружины может быть весьма велика, однако в положении равновесия силы притяжения и отталкивания взаимно уравновешиваются, пружина практически не действует на частицы, которые она соединяет. Наличие связи между частицами проявляется лишь в том случае, если последние сближать или удалять друг от друга.

Большая величина молекулярного давления объясняет многие свойства жидкостей. Так, например, поскольку молекулярное притяжение эквивалентно большому внешнему давлению, т. е. жидкости при атмосферном давлении уже как бы сильно сжаты силами, действующими между их частицами, естественно, что изменение внешнего давления оказывает малое влияние на объем жидкостей. Другими словами, сжимаемость жидкостей мала.

Источник

Adblock
detector