Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Cодержание:
Электрокапиллярные явления и причины возникновения капиллярного давления
1. Введение .............................................................................
2. Электрокапиллярные явления…….......................................
3. Расчеты ...............................................................................
4. Выводы ...............................................................................
5. Использованная литература ..............................................
1 . Введение
Электрокапиллярных явления , физические Явления , связанные с зависимостью поверхностно натяжение на границе раздела электрод - электролит от потенциала электрода . Т.е. я . обусловлены существованием на поверхности металла ионов , образующих Поверхностно заряд е и обусловливающих существование в отсутствии внешней ЭДС ( электродвижущая сила) . Взаимное отталкивание одноименно заряженности ионов вдоль поверхности раздела фаз компенсирует утягивающие молекулярные силы , вследствие чего поверхностно натяжение s низких , чем в случае незаряженной поверхности. Подведение извне зарядов , знак которых противоположных знака e , Снижает ему значение и повышает s . При полной компенсации Взимая сил электростатическими s достигает максимума. Дальнейшее Подведение зарядов приводит к убыванию s вследствие Возникновение и рост новых поверхностно заряда. Экспериментальная кривая зависимости s от потенциала электрода j при постоянном составе Раствор добро описывается уравнением Линмана : e = - ds / dj . Это уравнение позволяет рассчитать значения e и Емкость Двойного электрического слоя .
Если стеклянная трубка , столь же узкая Внутри , как волос ( лат. capillus ) , погружается в воду , то жидкость поднимается Внутри трубки к высот большей , чем снаружи. Эффект НЕ рис : высота поднятия близким 3 дев в трубке с каналом в 1 мм. Это кажущееся нарушение законов гидростатики ( листивцы которых было достигнуты науки XVII в . ) Вызывали на пороге XVIII в . Растущий интерес к капиллярным явлениям . Интерес БЫЛ двояким . Во-первых , хотелось Видеть , чьи охарактеризовать поверхности ридин и твердых тел некоторым простым механическим свойством , таким , как состояние натяжения , что могло бы объяснить Явления , что наблюдаются . Следовало объяснить , например , почему вода в трубке поднимается , тогда как ртуть опускается ; почему поднятие воды между ривнобижнимы пластинами вдвое меньше , чем в трубке с диаметром , равным расстоянию между пластинами ; почему поднятие обратно пропорционально этому диаметру. Вторая причина интереса происходила из понимания того , что спостеригалися эффект , что наводнением возникать в результате действия сил между частицами вещества , и что изучение ЭТИХ эффектов , следовательно , будьте дать какие-то сведения о Такие силы и , возможно , в самых частиц.
2 . ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, поверхностные явления, возникающие на границе двух фаз с участием заряженных частиц (ионови электронов). В двухфазной электрохим. системе одна из фаз (электрод) м. б. жидкостью (ртуть, галлий, амальгамы, жидкие сплавы на основе Ga - галламы, расплавы металлов) либо твердым телом (металл или полупроводник), другая фаза - р-р или расплавэлектролита. Электрокапиллярные явления обусловлены зависимостью работы образования границы раздела фаз от электродного потенциала и состава р-ра. В случае жидкого электрода обратимая работа образования пов-сти а совпадает с поверхностным натяжением для твердых электродов и связаны соотношением:
где s - площадь пов-сти раздела фаз.
Электрокапиллярные явления отражают связь между обратимой работой образования пов-сти и разностью электрич. потенциалов на границе фаз. Графически эта связь выражается электрокапиллярной кривой. Такую кривую для жидкого ртутного электрода можно получить, используя капиллярный электрометр, в к-ром граница Hg - р-р создается в тонком конич. вертикально расположенном капилляре. На ртутный микроэлектрод подается определенный потенциал Е и измеряется высота столба ртути, удерживающего ртутный мениск в капилляре в одном и том же положении. Как следует из теории капиллярности, высота ртутного столба над ртутныммениском является мерой уд. поверхностной энергии на границе ртуть - р-р. Электрокапиллярные кривые, полученные в обычныхэлектролитах (разб. р-ры H2SO4, КОН, KNO3, Na2SO4 и др.), имеют форму перевернутой параболы; присутствие в р-ре ионов Вr-, I-, S2+и др. смещает максимум кривой в сторону более отрицат. потенциалов, уменьшает поверхностное натяжение. Присутствие ионов Tl+, N(C3H7)+4 и др. сдвигает максимум в сторону более положит, потенциалов и также уменьшает поверхностное натяжение. К совр. методам изучения электрокапиллярных явлений относится т. наз. метод стационарных капель, основанный на изучении формы капли жидкого металла, расположенной на горизонтальной пов-сти. Этот метод позволяет получать абс. значения необходимые для калибровки электрокапиллярных кривых.
Ур-ние, описывающее форму электрокапиллярных кривых, было получено Г. Липпманом в 1875. Оно устанавливает связь междуповерхностным натяжениемпотенциалом электрода Е и зарядом q на границе ртуть - р-р:
В максимуме электрокапиллярной кривой следовательно, q = 0. Это ур-ние позволяет вычислить заряд пов-сти металла и рассчитать т. наз. дифференциальную емкость двойного электрич. слоя: Cd= dq/dE =
Зависимость поверхностного натяжения от состава р-ра математически выражается адсорбционным ур-нием Гиббса:
где Гi - поверхностный избыток (гиббсовская адсорбция) ионов сорта i; ai - их термодинамич. активность; Т - абс. т-ра; R - газовая постоянная. Для пов-сти раздела фаз электрод-р-р ур-ние принимает вид:
Это ур-ние (ур-ние Фрумкина) является основным ур-нием электрокапиллярности. В случае постоянства состава р-ра из него следует ур-ние Липпмана:
Ур-ние Фрумкина позволяет рассчитывать адсорбцию ионов и орг. в-в на электроде.
В случае твердых электродов абсолютные значения не м. б. получены экспериментально, однако разл. методами можно оценить либо рассчитать изменение при изменении потенциала. Метод смачивания состоит в измерении зависимости краевого угласмачивания от потенциала электрода Е. Измерения показывают, что зависимость от Е проходит через максимум при потенциале нулевого заряда Eq=0, как и электрокапиллярная кривая. Изучение зависимости твердости электрода от потенциала Е показывает, что максимум твердости также приходится на потенциал нулевого заряда, а сама твердость зависит от величин адсорбции ионов или орг.молекул на границе электрод-р-р. В т. наз. методе эстанса электрод из исследуемого металла L-образной формы касается пов-сти р-ра; при наложении на электроды постоянной и переменной (малой амплитуды) разности потенциалов колебания потенциала Е около заданного значения Е0 вызывают колебания межфазного натяжения и обусловливают мех. колебания электрода, к-рые при помощи пьезоэлемента превращаются в электрич. сигнал, пропорциональный Согласно теории метода (А. Я. Гохштейн, 1965),
Для электродов из Pb, Bi, Tl, Cd вторым слагаемым в правой части этого ур-ния можно пренебречь и кривая зависимости от Е0 отражает изменение при изменении потенциала электрода, проходя через нуль при потенциале нулевого заряда. Для рядаметаллов, напр. Pt, величиной нельзя пренебречь по сравнению с |q| и зависимость от Е0 оказывается более сложной.
Согласно темодинамич. теории обратимых электродов (А. Н. Фрумкин, О. А. Петрий, 1967), для электродов, адсорбирующих водород икислород, м. б. получены два типа электрокапиллярных кривых и два ур-ния Липпмана, отражающих зависимости обратимой работы образования пов-сти при условиях постоянства рН р-ра и давления Н2 в системе. Такие электрокапиллярные кривые м. б. рассчитаны интегрированием кривых заряжения и кривых зависимости свободного заряда пов-сти от потенциала.
3. Расчеты
2.1 Рассчет поверхностной энергии цинка в твердом и жидком состоянии:
Якщо на площині знаходиться N0 атомів на 1 см2, то поверхнева енергія (в Дж/м2) становить:
Де :
Hсубл = 197.9 кДж/моль – теплота сублімації;
N0 = 1015 – кількість атомів у 1 см2;
N = 6.02 * 1023 – число Авогадро.
Підставивши дані у формулу отримаємо значення σтв
σтв = 197.9*1015 / 6.02 * 1023 = 3.287*10^-7
Поверхневу енергію Bi у рідкому стані розраховуємо за формулою:
Де :
Hсубл = 197.9 кДж/моль – теплота сублімації;
Hвип = 104.8 кДж/мол – теплота випаровування;
тв = 7.14 г/см2 – густина Zn у твердому стані;
σр = 6.02 г/см2 – густина Zn у рідкому стані;
σтв = 5.38 Дж/м2 – енергія тіла у твердому стані.
Підставивши дані у формулу отримаємо значення отримаємо значення :
2.2 Связь работы адгезии с краевым углом:
Де :
Wa – робота адгезії Дж/м2 ;
σж-г = σр= 5.37 Дж/м2 ;
cos = 150o = 0.809 - косинус крайового кута змочування твердого тіла рідким металом.
Підставивши дані у формулу отримаємо значення роботі адгезії :
Wa=5.37*(1+ 0.699)= 9.125 Дж/м2
4. Выводы
В расчетной части мы рассчитывали поверхностную энергию цинка в твердом и жидком состоянии, если на плоскости находится N0 атомов на 1 см2, то поверхностная энергия равна : при кристаллизации и полиморфных превращениях в твердом состоянии равна: 6.77 Дж/м2, а в жидком состоянии равна 5.37 Дж/м2 . И также мы рассчитывали связь работы адгезии с краевым углом она равна: 9.125 Дж/м2
5. Использованная литература
1.Харламов Ю.О., Будагьянц М.А. Физика, химия и механика поверхности твердого тела. Научный пособник. – Луганск: Вид-во СУДУ, 2000. – 624 с.
2. Ющенко К.А., Борисов Ю.С., В.Д. Кузнецов, Корж В.М. Інженерія поверхні: Підручник. – К.: Наукова думка, 2007. – 558 с.