Condiții necesare pentru manifestarea efectului de reliant. Efecte externe și interne ale liantului

Fenomenele de umectare au fost luate în considerare pentru starea de echilibru a sistemului. În condiții de rezervor, se observă procese instabile care au loc la interfață. Datorită deplasării uleiului de către apă, se formează un perimetru de umectare trifazat în mișcare. Unghiul de contact se modifică în funcție de viteza și direcția de mișcare a lichidului (menisc lichid, Fig. 5.5) în canale și fisuri.

Figura 5.5 – Schema modificărilor unghiurilor de umectare la schimbarea direcției de mișcare a meniscului în canalul capilar:  1 – avansare,  2 – unghiuri de umectare în retragere când meniscul apă-ulei se deplasează într-un canal cilindric cu suprafață hidrofilă (  – unghi static de umectare)

Cinetică histerezis de umectare se obișnuiește să se numească modificarea unghiului de contact atunci când se deplasează de-a lungul unei suprafețe solide a perimetrului de umectare trifazat. Cantitatea de histerezis depinde de:

pe direcția de mișcare a perimetrului de umectare, adică. dacă apa este deplasată de pe o suprafață solidă de ulei sau ulei de apă;

viteza de mișcare a interfeței trifazate pe o suprafață solidă;

rugozitatea unei suprafețe solide;

adsorbția pe suprafața substanțelor.

Fenomenele de histerezis apar în principal pe suprafețe rugoase și sunt de natură moleculară. Pe suprafețele lustruite, histerezisul este slab.

5.6 Proprietățile straturilor de suprafață ale fluidelor de formare

Există diverse ipoteze despre structura stratului de suprafață.

Mulți cercetători care studiază structura și grosimea straturilor subțiri de lichid asociază formarea straturilor de perete cu polarizarea moleculelor și orientarea lor de la suprafața unui solid la regiunile interne ale lichidului cu formarea straturilor de solvație 1.

Straturile de petrol în contact cu rocile de formare au o structură deosebit de complexă, deoarece interacțiunea agenților tensioactivi cu mineralele este foarte diversă.

S-a remarcat, de exemplu, că reactivii utilizați în tehnologia de flotație pot fi fixați pe suprafața unui mineral atât sub formă de pelicule tridimensionale obișnuite care formează o fază independentă pe suprafața particulelor minerale, cât și sub formă de compuși de suprafață care nu au o compoziție specifică și nu formează o fază independentă separată.

În cele din urmă, reactivii se pot concentra în partea de difuzie a stratului dublu electric și nu pe interfața de fază în sine.

Componentele surfactanților par să fie întotdeauna concentrate nu numai pe suprafață, ci și în volumul tridimensional din apropierea interfeței.

Mulți cercetători au încercat să măsoare grosimea peliculei diferitelor lichide pe solide. De exemplu, conform rezultatelor măsurătorilor efectuate de B.V. Deryagin și M.M. Kusakov, grosimea filmelor de umectare solutii apoase sărurile pe diferite suprafețe plane dure este de aproximativ 10 -5 cm (100 im). Aceste straturi diferă de restul lichidului prin structură și proprietăți mecanice - elasticitate la forfecare și vâscozitate crescută. S-a stabilit că proprietățile lichidului din stratul de suprafață se modifică și datorită comprimării acestuia. De exemplu, densitatea apei adsorbite de silicagel, conform unor măsurători, este de 1027-1285 kg/m3.

Adsorbția și învelișurile de solvatare asociate la interfețele de fază într-un rezervor de ulei au, de asemenea, proprietăți speciale. Unele componente ale uleiului pot forma straturi de adsorbție structurate asemănătoare gelului (cu proprietăți neobișnuite - anormale) cu vâscozitate structurală ridicată și la grade ridicate de saturație a stratului de adsorbție - cu elasticitate și rezistență mecanică la forfecare.

Cercetările arată că compoziția straturilor de suprafață la interfața ulei-apă include acizi naftenici, rășini cu greutate moleculară mică, particule coloidale de rășini cu greutate moleculară mare și asfaltene, microcristale de parafină, precum și particule de suspensii minerale și carbonice. Se presupune că stratul de suprafață de la interfața ulei-apă se formează ca urmare a acumulării de particule minerale și de carbon, precum și a microcristalelor de parafină sub influența umezirii selective a zonelor hidrofile ale suprafeței lor cu faza apoasă. Substanțe asfalto-rășinoase adsorbite pe aceeași suprafață de interfață, transformându-se într-o stare asemănătoare gelului, particulele de ciment de parafină și minerale într-un singur strat monolitic. Stratul de suprafață se îngroașă și mai mult datorită solvatizării gelurilor de substanțe asfalto-rășinoase din faza uleioasă.

Proprietățile structurale și mecanice speciale ale straturilor de suprafață determină stabilizarea diferitelor sisteme și, în special, stabilitatea ridicată a unor emulsii apă-ulei.

Existența straturilor de adsorbție la interfața apă reziduală-ulei are, aparent, un anumit efect de întârziere asupra proceselor de miscibilitate a apei injectate în rezervor cu apa reziduală.

5.7 Efectul de înghețare al straturilor subțiri de lichid.

experimentele lui Deryagin. Efect de relegare

Un lichid care udă un corp solid, pătrunzând în crăpăturile subțiri, poate juca rolul unei pane și împinge pereții acestuia, de exemplu. straturile subțiri de lichid au un efect de înghețare 2. Această proprietate a straturilor subțiri se manifestă și atunci când suprafețele solide scufundate într-un lichid se apropie una de cealaltă. Conform cercetărilor B.V. Deryagin, efectul de înghețare are loc cu condiția ca grosimea stratului h fluidul care împinge suprafața fisurii este mai mic decât o anumită valoare h cr. La h > h cr efectul de wedging este zero și at h < h cr crește odată cu scăderea grosimii stratului de lichid, adică din moment h ≤ h cr Pentru a apropia suprafețele particulelor, este necesar să le aplicați o sarcină externă.

Factorii care creează efectul de wedging sunt forțele de origine ion-electrostatică și starea specială de agregare a lichidelor polare în apropierea suprafețelor de limită.

S-a menționat anterior că proprietățile stratului de solvatare de pe suprafața unui solid diferă brusc de proprietățile restului lichidului. Acest strat (solvat) poate fi considerat ca o fază limită specială. Prin urmare, atunci când particulele se apropie la distanțe mai mici de dublul grosimii straturilor de solvatare, particulelor trebuie aplicată o sarcină externă.

Presiunea de separare de origine ion-electrostatică apare din cauza modificărilor concentrației ionilor în stratul care separă particulele și în soluția care le înconjoară.

Conform rezultatelor experimentului, cu cât legătura dintre lichid și suprafețele corpului solid este mai puternică, cu atât efectul de înțepare este mai mare. Poate fi îmbunătățită prin introducerea de agenți tensioactivi în lichid care sunt bine adsorbiți de suprafața solidului. Efectul Rebinder se bazează pe acest fenomen. Esența sa constă în faptul că cantități mici de agenți tensioactivi provoacă o deteriorare accentuată a proprietăților mecanice ale solidului. Scăderea de adsorbție a rezistenței solidelor depinde de mulți factori. Se intensifică dacă corpul este supus la forțe de tracțiune și dacă lichidul udă bine suprafața.

Efectul reducerii de adsorbție a rezistenței este utilizat la forarea puțurilor. Când se utilizează soluții care conțin agenți tensioactivi special selectați ca fluide de spălare, forarea în roci dure este considerabil mai ușoară.

unde ps este presiunea vaporilor saturați la o temperatură dată; presiunea aburului.

p s - relativă

Ecuația pentru izoterma de adsorbție polimoleculară a BET poate fi ușor redusă la o formă liniară:

din care se poate construi o dependență liniară în coordonate / din și se pot determina constantele C și A∞.

Teoria BET, ca și teoria Langmuir, indică calea pentru determinarea suprafeței specifice a adsorbantului. După ce am găsit A∞ pentru vaporii de substanțe simple la temperaturi scăzuteși cunoscând suprafața ocupată de o moleculă de adsorbant, este ușor de calculat suprafața specifică a adsorbantului.

Gazele inerte (azot, argon, cripton etc.) sunt utilizate ca adsorbați, care se caracterizează printr-o interacțiune intermoleculară slabă pe suprafața adsorbantului, care este în conformitate cu ipotezele inițiale ale teoriei, iar acest lucru asigură fiabilitatea rezultate obtinute. Pentru a crește adsorbția unor astfel de gaze, se efectuează la temperaturi scăzute, de unde și denumirea comună a metodei BET - metoda de adsorbție la temperatură joasă.

13 Reducerea rezistenței la adsorbție. Efect de relegare

Multe procese tehnologice încep cu zdrobirea și măcinarea. Aceasta este una dintre cele mai masive și consumatoare de energie tehnologie moderna. Ei macină cereale, transformându-le în făină, macină minereu, cărbune, stânci necesare producerii cimentului si sticlei. În fiecare an sunt măcinate miliarde de tone de materii prime, cheltuind cantități enorme de energie electrică.

Influența fenomenului de adsorbție a mediului asupra proprietăților mecanice și structurii solidelor - Efect de relegare- a fost descoperit de un academician Petru Alexandrovici Rebinderîn 1928. Esența acestui fenomen este facilitarea deformării și distrugerii solidelor și apariția spontană a modificărilor structurale ale acestora ca urmare a scăderii energiei lor de suprafață liberă la contactul cu un mediu care conține substanțe capabile de adsorbție pe suprafața interfazei. Multe fenomene observate în natură, tehnologie și practica cercetării științifice se bazează pe efectul Rehbinder.

În funcție de natura chimică a solidului și de mediu, de condițiile de deformare și distrugere a structurii solidului, efectul Rebinder se poate manifesta sub diferite forme: plastificare prin adsorbție (facilitarea deformării plastice), reducerea rezistenței prin adsorbție, sau dispersia spontană a structurii solidului. În ciuda varietății formelor de manifestare, pot fi identificate o serie de caracteristici comune caracteristice efectului Rebinder:

1) Efectul mass-media este foarte specific: pentru fiecare acest tip Un corp solid este supus doar anumitor medii specifice.

2) Modificări ale proprietăților mecanice ale solidelor pot fi observate imediat după stabilirea contactului cu mediul.

3) Pentru a manifesta efectul mediu, sunt suficiente cantități foarte mici.

4) Efectul Rehbinder se manifestă numai sub acțiunea combinată a mediului și a stresului mecanic.

5) Se observă o reversibilitate deosebită a efectului: după îndepărtarea mediului, proprietățile mecanice ale materialului original sunt complet restaurate.

Aceste caracteristici disting efectul Rehbinder de alte cazuri posibile de influență a mediului asupra proprietăților mecanice ale solidelor, în special, de procesele de dizolvare și coroziune, când distrugerea unui corp sub influența mediului poate avea loc în absența solicitărilor mecanice. În acest din urmă caz, expunerea la cantități semnificative dintr-un mediu agresiv este de obicei necesară.

Reducerea puterii de adsorbție (ADS) se observă în prezența mediilor care provoacă o scădere puternică a energiei de suprafață a solidelor. Cele mai puternice efecte sunt cauzate de mediile lichide care sunt aproape de un solid în natură moleculară. Astfel, pentru materialele solide, astfel de medii sunt topituri de metale mai fuzibile; Pentru cristale ioniceși oxizi - apă, soluții de electroliți și săruri topite; pentru cristale moleculare nepolare – hidrocarburi. Dintre numeroasele medii de aceeași natură moleculară, o scădere semnificativă a rezistenței solidelor este adesea cauzată de substanțele care formează o diagramă eutectică simplă cu solidul cu solubilitate scăzută în stare solidă; Aceasta corespunde energiei pozitive mici de amestecare a componentelor. În sistemele cu intensitate scăzută de interacțiune între componente (insolubilitate reciprocă), precum și în cazul afinității reciproce foarte mari, mai ales dacă componentele intră într-o reacție chimică, APP nu este de obicei observată.

În timpul ruperii fragile, relația dintre rezistența P și energia de suprafață este descrisă de ecuația lui Griffiths:

, (13.1)

unde E este modulul elastic al unui corp solid, l este dimensiunea caracteristică a defectelor existente în acesta sau care apar în timpul deformării plastice preliminare - fisuri de fractură embrionară. În conformitate cu relația Griffiths, care este valabilă în condițiile ruperii fragile, raportul rezistențelor materialului în prezența PA și în absența mediului P 0 este egal cu rădăcina pătrată a raportului corespunzătoare. energii de suprafață: P A /P 0 =( A / 0 ) 1/2. Atunci când solidele se fracturează în prezența amestecurilor din două componente lichide care diferă ca activitate de adsorbție, rezistența scade cu atât mai mult, cu atât concentrația componentei mai active, care este predominant adsorbită pe suprafața de fractură, este mai mare.

Comparând relația Griffiths cu ecuația de adsorbție Gibbs (la concentrații scăzute) Г=-(RT) -1 d/dlnc, putem lega direct adsorbția de puterea P:

Efectul Rebinder a făcut posibilă reducerea costurilor energetice cu 20-30%, precum și obținerea de materiale ultrafine, de exemplu, ciment cu proprietăți speciale. Efectul Rehbinder este, de asemenea, utilizat în prelucrarea metalelor, atunci când la fluidul de tăiere se adaugă agenți tensioactivi, care reduc rezistența în zona de acțiune a frezei. Surfactanții sunt utilizați pe scară largă în Industria alimentară: Pentru

reducerea rezistenței la zdrobirea cerealelor, pentru a îmbunătăți calitatea pâinii coapte, încetinind procesul de învechire a acesteia; pentru a reduce lipiciitatea Paste, pentru a crește proprietățile plastice ale margarinei; în producția de înghețată; la producerea produselor de cofetărie etc.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

Instituția de Învățământ de Stat de Învățământ Profesional Superior „Universitatea Tehnologică de Stat Kazan”

Departamentul de Chimie Fizică și Coloidală

EFECT RELIDER

Completat de: student gr. 5271-1

Bobrovnik S.A.

Verificat:

Tretyakova A.Ya.

Kazan 2010

REBINDER Petr Aleksandrovici (03.X.1898-12.VII.1972), fizician-chimist sovietic, academician al Academiei de Științe a URSS din 1946 (membru corespondent din 1933), născut la Sankt Petersburg. Absolvent al Facultății de Fizică și Matematică a Universității din Moscova (1924). În 1922-1932. a lucrat la Institutul de Fizică și Biofizică al Academiei de Științe a URSS și în același timp (în 1923-1941) la Statul Moscova institut pedagogic lor. K. Liebknecht (din 1923 - profesor), din 1935 - șef de catedră sisteme dispersate la Institutul Coloid-Electrochimic (din 1945 - Institutul de Chimie Fizica) al Academiei de Științe a URSS, din 1942 - șef al catedrei de chimie coloidală la Universitatea din Moscova.

Lucrările lui Rehbinder sunt dedicate chimiei fizice a sistemelor dispersate și a fenomenelor de suprafață. În 1928, omul de știință a descoperit fenomenul de scădere a rezistenței solidelor datorită influenței fizico-chimice reversibile a mediului asupra acestora (efectul Rehbinder) și în anii 1930-1940. au dezvoltat modalități de a facilita prelucrarea materialelor foarte dure și greu de tăiat.

El a descoperit efectul electrocapilar al plastificării monocristalelor metalice în timpul procesului de fluaj în timpul polarizării suprafeței lor în soluții de electroliți, a studiat caracteristicile soluțiilor apoase de agenți tensioactivi, influența straturilor de adsorbție asupra proprietăților sistemelor disperse, a identificat (1935- 1940) principiile principale ale formării și stabilizării spumei și emulsiilor, precum și a procesului de inversare a fazelor în emulsii.

Omul de știință a descoperit că acțiunea de curățare include un set complex de procese chimice coloidale. Rebinder a studiat procesele de formare și structura micelilor de agenți tensioactivi, a dezvoltat idei despre o micelă stabilă termodinamică de săpunuri cu un miez interior liofob într-un mediu liofil. Omul de știință a ales și a justificat parametrii optimi să caracterizeze proprietăţile reologice ale sistemelor disperse şi metodele propuse pentru determinarea acestora.

În 1956, omul de știință a descoperit fenomenul de reducere a adsorbției a rezistenței metalelor sub influența topiturii metalelor. În anii 1950 Oamenii de știință au creat un nou domeniu de știință - mecanica fizică și chimică. După cum însuși Rehbinder a scris: „Sarcina finală a mecanicii fizico-chimice este dezvoltarea baza stiintifica pentru obtinerea de solide si sisteme cu structura si proprietati mecanice specificate. În consecință, sarcina acestui domeniu include crearea unei tehnologii țintite optim pentru producerea și prelucrarea în esență a tuturor materialelor de construcție și de structură de tehnologie modernă - beton, metale și aliaje, în special cele rezistente la căldură, ceramică și metalo-ceramică, cauciucuri. , materiale plastice, lubrifianți.”

Din 1958, Rebinder este președinte al Consiliului Științific al Academiei de Științe a URSS pe probleme de mecanică fizică și chimică și chimie coloidală, apoi (din 1967) președinte al Comitetului Național al URSS sub Comitetul Internațional pentru Surfactanți. Din 1968 până în 1972 a fost redactor-șef al Colloid Journal. Omul de știință a primit două Ordine ale lui Lenin, a avut titlul de Erou al muncii socialiste (1968), laureat al Premiului de Stat al URSS (1942).

Efectul Rehbinder, efectul de adsorbție care reduce rezistența solidelor, facilitând deformarea și distrugerea solidelor datorită influenței fizico-chimice reversibile a mediului. Descoperit de P. A. Rebinder (1928) în timp ce studia proprietățile mecanice ale cristalelor de calcit și sare gemă. Posibil atunci când un corp solid în stare tensionată intră în contact cu un mediu activ de adsorbție lichid (sau gazos). Efectul Rebinder este foarte universal - se observă în metale solide, solide mono- și policristaline ionice, covalente și moleculare, sticle și polimeri, parțial cristalizate și amorfe, poroase și solide. Condiția principală pentru manifestarea efectului Rehbinder este natura corelată a fazelor de contact (corp solid și mediu) conform compoziție chimică si structura. Forma și gradul de manifestare a efectului depind de intensitatea interacțiunilor interatomice (intermoleculare) ale fazelor de contact, de mărimea și tipul tensiunii (este necesară tensiunea de întindere), de rata de deformare și de temperatură. Structura reală a corpului joacă un rol semnificativ - prezența luxațiilor, fisurilor, incluziunilor străine etc. Forma caracteristică manifestările efectului Rehbinder sunt o scădere repetată a forței, o creștere a fragilității unui corp solid și o scădere a durabilității acestuia. Astfel, o placă de zinc înmuiată în mercur nu se îndoaie sub sarcină, ci se rupe fragil. O altă formă de manifestare este efectul plastifiant al mediului asupra materialelor solide, de exemplu, apa pe ghips, surfactanții organici pe metale etc. Efectul termodinamic Rehbinder este cauzat de scăderea muncii de formare a unei noi suprafețe în timpul deformării ca rezultat al scăderii energiei de suprafață liberă a unui solid sub influența mediului . Natura moleculară a efectului este de a facilita ruperea și rearanjarea legăturilor intermoleculare (interatomice, ionice) într-un solid în prezența unor molecule străine (atomi, ioni) active de adsorbție și în același timp suficient de mobile.

Cele mai importante domenii de aplicare tehnică sunt facilitarea și îmbunătățirea prelucrării mecanice a diverselor materiale (în special foarte dure și dificil de prelucrat), reglarea proceselor de frecare și uzură cu ajutorul lubrifianților, obținerea eficientă a materialelor zdrobite (pulbere), obținerea de solide și materiale cu un anumit grad. structura dispersată și combinația necesară de proprietăți mecanice și alte proprietăți prin dezagregare și compactare ulterioară fără solicitări interne. Un mediu activ de adsorbție poate provoca, de asemenea, daune semnificative, de exemplu, reducând rezistența și durabilitatea pieselor și materialelor mașinii în condiții de funcționare. Eliminarea factorilor care contribuie la manifestarea efectului Rebinder în aceste cazuri face posibilă protejarea materialelor de influențele nedorite ale mediului.

Chiar și cele mai puternice corpuri au un număr mare de defecte, care le slăbesc rezistența la încărcare și le fac mai puțin puternice în comparație cu ceea ce prezice teoria. În timpul distrugerii mecanice a unui corp solid, procesul începe din locul în care se află microdefectele. O creștere a sarcinii duce la dezvoltarea microfisurilor la locul defectului. Cu toate acestea, îndepărtarea sarcinii duce la refacerea structurii originale: lățimea microfisurii este adesea insuficientă pentru a depăși complet forțele interacțiunii intermoleculare (interatomice). Reducerea sarcinii duce la „strângerea” microfisurii, forțele interacțiunii intermoleculare sunt restabilite aproape complet, iar fisura dispare. Ideea este, de asemenea, că formarea unei fisuri este formarea unei noi suprafețe a unui corp solid, iar un astfel de proces necesită o cheltuială de energie egală cu energia tensiunii superficiale înmulțită cu aria acestei suprafețe. Reducerea sarcinii duce la „strângerea” fisurilor, deoarece sistemul tinde să reducă energia stocată în el. Prin urmare, pentru a distruge cu succes un solid, este necesar să acoperiți suprafața rezultată cu o substanță specială numită surfactant, care va reduce munca de depășire a forțelor moleculare la formarea unei noi suprafețe. Agenții tensioactivi pătrund în microfisuri, acoperă suprafețele lor cu un strat de doar o moleculă gros (ceea ce face posibilă utilizarea unor cantități foarte mici de aditivi ai acestor substanțe), prevenind procesul de „colaps”, prevenind reluarea interacțiunii moleculare.

Agenții tensioactivi, în anumite condiții, facilitează măcinarea solidelor. Măcinarea foarte fină (până la dimensiunea particulelor coloidale) a solidelor este în general imposibil de realizat fără adăugarea de agenți tensioactivi.

Acum rămâne de amintit că distrugerea unui corp solid (adică formarea de noi microfisuri) începe tocmai din locul în care se află defectul în structura acestui corp. În plus, surfactantul adăugat este, de asemenea, adsorbit predominant în locațiile defectelor - facilitând astfel adsorbția sa pe pereții viitoarelor microfisuri. Să cităm cuvintele lui Academician Rebinder: „Separarea unei piese are loc tocmai în aceste puncte slabe [localizarea defectelor] și, prin urmare, particulele mici ale corpului formate în timpul măcinarii nu mai conțin aceste defecte cele mai periculoase. Pentru a fi mai precis, probabilitatea de a întâlni un punct slab periculos devine mai mică, cu cât dimensiunea acestuia este mai mică.

Dacă, prin măcinarea unui corp solid real de orice natură, ajungem la particule ale căror dimensiuni sunt aproximativ aceleași cu distanța dintre cele mai periculoase defecte, atunci aproape sigur că astfel de particule nu vor conține defecte structurale periculoase, vor deveni mult mai puternice decât mostrele mari. a aceluiaşi organismul însuşi. În consecință, trebuie doar să zdrobim un solid în bucăți suficient de mici, iar aceste bucăți de aceeași natură, aceeași compoziție vor fi cele mai durabile, aproape în mod ideal puternice.”

Apoi aceste particule omogene, fără defecte trebuie să fie combinate, trebuie făcut din ele un corp solid (de înaltă rezistență) de dimensiunea și forma necesară, particulele trebuie forțate să se împacheteze strâns și să se unească foarte ferm unele cu altele. Piesa de mașină rezultată sau partea de construcție trebuie să fie mult mai rezistentă decât materialul original înainte de șlefuire. Desigur, nu este la fel de puternic ca o particulă separată, deoarece vor apărea noi defecte în punctele de fuziune. Cu toate acestea, dacă procesul de combinare a particulelor este efectuat cu pricepere, rezistența materialului original va fi depășită. Acest lucru necesită ca particulele mici să fie împachetate în mod special strâns, astfel încât forțele de interacțiune intermoleculară să apară din nou între ele. De obicei, acest lucru se realizează prin comprimarea particulelor prin presare și încălzire. Agregatul cu granulație fină obținut prin presare este încălzit fără a-l aduce la topire. Pe măsură ce temperatura crește, amplitudinea vibrațiilor termice ale moleculelor (atomilor) din rețeaua cristalină crește. În punctele de contact, moleculele care vibrează a două particule învecinate se apropie și chiar se amestecă. Forțele de aderență cresc, particulele sunt trase împreună, practic fără goluri sau pori, iar defectele la punctele de contact dispar.

În unele cazuri, particulele pot fi lipite sau lipite între ele. În acest caz, procesul trebuie efectuat în așa fel încât straturile de lipici sau lipire să nu conțină defecte.

O îmbunătățire radicală a procesului de măcinare a solidelor, bazată pe aplicarea practică a efectului Rehbinder, s-a dovedit a fi foarte utilă pentru multe industrii. Procesele tehnologice de măcinare s-au accelerat semnificativ, în timp ce consumul de energie a scăzut considerabil. Măcinarea fină a făcut posibilă realizarea multor procese tehnologice cu un cost redus temperaturi mari si presiuni. Drept urmare, s-au obținut materiale de calitate superioară: beton, produse ceramice și metalo-ceramice, coloranți, mase de creion, pigmenți, materiale de umplutură și multe altele. Se facilitează prelucrarea mecanică a oțelurilor refractare și rezistente la căldură.

Așa descrie el însuși metoda de aplicare a efectului Rebinder: „Piesele de construcție din beton de ciment pot fi combinate în mod fiabil într-o structură monolitică prin lipire cu adeziv vibrocoloidal de ciment... Un astfel de adeziv este un amestec de ciment fin măcinat (parte din care poate fi înlocuit cu nisip măcinat fin) cu o cantitate extrem de mică de apă și adăugarea unui surfactant. Amestecul este lichefiat prin vibrații extreme în timpul aplicării pe suprafețele lipite sub forma unui strat subțire. După întărirea rapidă, stratul de lipici devine cel mai puternic punct al structurii.”

Utilizarea ideilor academicianului Rehbinder privind facilitarea procesului de măcinare a solidelor este de mare importanță semnificație practică, de exemplu, să dezvolte o metodă de reducere a rezistenței mineralelor pentru a îmbunătăți eficiența forajului în roci dure.

Reducerea rezistenței metalelor sub influența topiturii metalelor. În 1956, Rehbinder a descoperit fenomenul de scădere a rezistenței metalelor sub influența topiturii metalelor. S-a demonstrat că cea mai mare scădere a energiei de suprafață a unui solid (metal) până la aproape zero poate fi cauzată de mediile topite care sunt apropiate de solid în natura moleculară. Astfel, rezistența la tracțiune a monocristalelor de zinc a fost redusă de zeci de ori prin aplicarea unui strat de metal de staniu lichid de 1 micron sau mai puțin gros pe suprafața lor. Efecte similare pentru aliajele refractare și rezistente la căldură sunt observate sub influența metalelor lichide cu punct de topire scăzut.

Fenomenul descoperit sa dovedit a fi foarte important pentru îmbunătățirea metodelor de formare a metalelor. Acest proces este imposibil fără utilizarea lubrifiantului. Pentru materiale tehnologie nouă- aliaje refractare și rezistente la căldură - prelucrarea este facilitată în mod deosebit de utilizarea lubrifianților activi care înmoaie straturile subțiri ale suprafeței metalului (care, de fapt, apare sub influența unor cantități mici de topituri de metal). În acest caz, metalul pare să se lubrifieze singur - excesul de deformare dăunător care apare în timpul prelucrării, care provoacă așa-numita întărire - o creștere a rezistenței care interferează cu prelucrarea este eliminată. Se deschid noi posibilități de prelucrare a metalelor prin presiune la temperaturi normale și ridicate: calitatea produselor crește, uzura instrumentului de prelucrare și consumul de energie pentru prelucrare sunt reduse.

În loc să convertiți metalul scump în așchii în timpul procesului de fabricare a unui produs prin tăiere, puteți utiliza o schimbare a formei plasticului: prelucrarea sub presiune fără pierderi de metal. În același timp, crește și calitatea produselor.

O scădere bruscă a rezistenței stratului de suprafață al metalelor joacă un rol semnificativ în îmbunătățirea performanței unităților de frecare. Apare un mecanism de control al uzurii care funcționează automat: dacă există nereguli aleatorii pe suprafețele de frecare (bavuri, zgârieturi etc.), în locurile de dislocare a acestora se dezvoltă o presiune locală mare, determinând fluxul de suprafață a metalelor, facilitat în mod semnificativ sub acțiunea adsorbită. se topește (metalul stratului de suprafață umezit în topire își pierde rezistența). Suprafețele de frecare pot fi ușor șlefuite sau lustruite. „Ungerea” introdusă determină „uzura” accelerată a neregulilor, iar viteza de rodare (rodare) a mașinilor crește.

Topiturile de impurități active pot fi utilizate ca modificatori ai procesului de cristalizare. Adsorbite pe cristalele semințe ale metalului eliberat, ele își reduc rata de creștere. Astfel, se formează o structură metalică cu granulație fină, cu rezistență mai mare.

A fost dezvoltat un proces pentru „antrenarea” metalului într-un mediu activ de suprafață. Metalul este supus unor impacturi periodice de suprafață care nu duc la distrugere. Datorită reliefării deformărilor plastice din straturile de suprafață, metalul din volumul intern pare să se „frământă”, iar rețeaua cristalină a boabelor este dispersată. Dacă un astfel de proces este efectuat la o temperatură apropiată de temperatura la care metalul începe să se recristalizeze, într-un mediu activ de suprafață se formează o structură fin-cristalină cu o duritate mult mai mare. Și măcinarea metalelor pentru a obține pulbere fină nu se poate face fără utilizarea topiturii tensioactive. Ulterior, produsele sunt produse din această pulbere prin presare la cald (în deplină conformitate cu procesul de întărire a materialelor din pulberi descris mai sus).

EFECT RELIANT ÎN POLIMERI. Remarcabilul chimist fizician sovietic academicianul Pyotr Aleksandrovich Rebinder a fost primul care a încercat să influențeze activitatea de distrugere a unui solid. Rebinder a fost cel care a reușit să înțeleagă cum se poate face acest lucru. În anii 20 ai secolului trecut, el a folosit în acest scop așa-numitele substanțe active de suprafață, sau active de adsorbție, care sunt capabile să se adsorbe eficient la suprafață chiar și la concentrații scăzute în mediu și să reducă brusc suprafața. tensiunea solidelor. Moleculele acestor substanțe atacă legăturile intermoleculare de la vârful unei fisuri de fractură în creștere și, adsorbite pe suprafețe nou formate, le slăbesc. Selectând lichide speciale și introducându-le pe suprafața unui solid distructibil, Rebinder a realizat o reducere izbitoare a muncii de rupere sub tensiune (Fig. 1). Figura prezintă curbele efort-deformare ale unui monocristal de zinc (o placă grosime de aproximativ un milimetru) în absența și prezența unui lichid surfactant. Momentul distrugerii în ambele cazuri este marcat de săgeți. Se vede clar că dacă pur și simplu întindeți proba, aceasta se rupe la o alungire de peste 600%. Dar dacă aceeași procedură este efectuată prin aplicarea staniului lichid pe suprafața sa, distrugerea are loc la numai ~10% alungire. Deoarece munca de distrugere este aria de sub curba stres-deformare, este ușor de observat că prezența lichidului reduce munca nici măcar în timp, ci în ordine de mărime. Acest efect a fost numit efect Rehbinder sau scăderea adsorbției a rezistenței solidelor.

Fig.1. Dependența tensiunii de deformarea monocristalelor de zinc la 400°C: 1 - nși în aer; 2 -- în staniu topit

Efectul Rehbinder este un fenomen universal, se observă în timpul distrugerii oricăror solide, inclusiv polimeri. Cu toate acestea, natura obiectului introduce propriile sale caracteristici în procesul de distrugere, iar polimerii nu fac excepție în acest sens. Filmele polimerice constau din molecule mari întregi ținute împreună de forțele van der Waals sau de legături de hidrogen, care sunt vizibil mai slabe decât legaturi covalenteîn interiorul moleculelor în sine. Prin urmare, o moleculă, chiar fiind membră a unui colectiv, păstrează anumite calități de izolare și individuale. Principala caracteristică a polimerilor este structura în lanț a macromoleculelor lor, care le asigură flexibilitatea. Flexibilitatea moleculelor, de ex. capacitatea lor de a-și schimba forma (datorită deformării unghiurilor de legătură și rotațiilor legăturilor) sub influența tensiunilor mecanice externe și a unui număr de alți factori stă la baza tuturor proprietăților caracteristice ale polimerilor. În primul rând, capacitatea macromoleculelor de a se orienta reciproc. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că acesta din urmă se aplică numai polimerilor liniari. Există un număr mare de substanțe care au greutate moleculară mare (de exemplu, proteine ​​și alte obiecte biologice), dar nu au proprietățile specifice ale polimerilor, deoarece interacțiunile intramoleculare puternice împiedică macromoleculele lor să se îndoaie. Mai mult, un reprezentant tipic al polimerilor - cauciucul natural - fiind „reticulat” cu ajutorul unor substanțe speciale (proces de vulcanizare), se poate transforma într-o substanță solidă - ebonită, care nu prezintă deloc semne de proprietăți polimerice.

În polimeri, efectul Rehbinder se manifestă într-un mod foarte unic. Într-un lichid activ de adsorbție, apariția și dezvoltarea unei noi suprafețe se observă nu numai în timpul distrugerii, ci mult mai devreme - chiar și în timpul procesului de deformare a polimerului, care este însoțită de orientarea macromoleculelor.

Fig.2. Aspect probe de tereftalat de polietilenă întinse în aer (a) și într-un mediu activ de adsorbție ( n-propanol) (b).

rezistența metalului polimer de liant

Figura 2 prezintă imagini cu două probe de lavsan, dintre care una a fost întinsă în aer, iar cealaltă într-un lichid activ de adsorbție. Se vede clar că în primul caz apare un gât în ​​probă. În al doilea caz, filmul nu se îngustează, ci devine alb lăptos și nu este transparent. Motivele albirii observate devin clare la examinarea microscopică.

Fig.3. Micrografie electronică a unei probe de tereftalat de polietilenă, deformatănogo în n-propanol. (Mărire 1000)

În locul unui gât transparent monolitic, în polimer se formează o structură unică fibrilar-poroasă, constând din agregate sub formă de fir de macromolecule (fibrile) separate prin microgoduri (pori). În acest caz, orientarea reciprocă a macromoleculelor se realizează nu într-un gât monolitic, ci în interiorul fibrilelor. Deoarece fibrilele sunt separate în spațiu, o astfel de structură conține un număr imens de microgoluri, care împrăștie intens lumina și dau polimerului o culoare albă lăptoasă. Porii sunt umpluți cu lichid, astfel încât structura eterogenă este menținută chiar și după îndepărtarea tensiunii de deformare. Structura fibrilar-poroasă apare în zone speciale iar pe măsură ce polimerul se deformează, captează tot mai mult volum. Analiza imaginilor microscopice a făcut posibilă stabilirea caracteristicilor rearanjamentelor structurale în polimerul supus crazării (Fig. 4).

Fig.4. Reprezentarea schematică a stadiilor individuale ale crazing-ului polimeric: I - inițierea crazurilor, II - creșterea crazurilor, III - lărgirea crazurilor.

Având originea pe orice defect (neomogenitate de structură), care sunt abundente pe suprafața oricărui solid real, crazele cresc pe întreaga secțiune transversală a polimerului întins în direcția normală cu axa tensiunii de tracțiune, menținând o constantă și foarte mică ( ~1 μm) latime. În acest sens, ele sunt similare cu adevăratele fisuri de fractură. Dar atunci când nebunia „taie” întreaga secțiune transversală a polimerului, proba nu se descompune în părți separate, ci rămâne un singur întreg. Acest lucru se datorează faptului că marginile opuse ale unei astfel de fisuri deosebite sunt conectate prin cele mai subțiri fire de polimer orientat (Fig. 3). Dimensiunile (diametrele) formațiunilor fibrilare, precum și microgolurile care le separă, sunt de 1–10 nm.

Când fibrilele care leagă pereții opuși ai nebunilor devin suficient de lungi, începe procesul de fuziune a acestora (în acest caz, aria suprafeței scade, Fig. 5). Cu alte cuvinte, polimerul suferă o tranziție structurală particulară de la o structură liberă la una mai compactă, constând din agregate dens împachetate de fibrile, care sunt orientate în direcția axei de întindere.

Fig.5. Diagrama care ilustrează prăbușirea structurii polimerului, care are loc la valori mari de deformare într-un lichid activ de adsorbție, în diferite stadii de întindere

Există o metodă de separare a moleculelor prin adsorbție din soluție a celor care sunt capabile să pătrundă în pori de o dimensiune dată (efect de sită moleculară). Deoarece dimensiunea porilor poate fi ajustată cu ușurință prin modificarea gradului de extensie a polimerului în mediul activ de adsorbție (folosind efectul Rebinder), adsorbția selectivă este ușor de realizat. Este important de menționat că adsorbanții utilizați în practică sunt de obicei un fel de pulbere sau granulat care este umplut cu diferite tipuri de recipiente (de exemplu, sorbentul din aceeași mască de gaz). Folosind efectul Rehbinder, este ușor să obțineți un film sau o fibră cu porozitate prin nanometrie. Cu alte cuvinte, perspectiva se deschide pentru a crea un material structural care are proprietăți mecanice optime și, în același timp, este un sorbent eficient.

Folosind efectul Rehbinder, într-un mod elementar (prin simpla întindere a unei pelicule polimerice într-un mediu activ de adsorbție), este posibil să se realizeze pelicule polimerice poroase pe bază de aproape orice polimer sintetic. Dimensiunile porilor din astfel de filme pot fi ușor ajustate prin modificarea gradului de deformare a polimerului, ceea ce face posibilă producerea membranelor de separare pentru a rezolva o mare varietate de probleme practice.

Efectul Rehbinder în polimeri are un mare potențial aplicat. În primul rând, prin simpla extracție a unui polimer într-un lichid activ de adsorbție, este posibil să se obțină o varietate de adsorbanți polimerici, membrane de separare și produse polimerice cu un relief transversal și, în al doilea rând, efectul Rehbinder oferă chimistului de proces un universal, metodă continuă de introducere a aditivilor modificatori în polimeri.

Lista materialelor folosite

1. www.rfbr.ru/pics/28304ref/file.pdf

2. www.chem.msu.su/rus/teaching/colloid/4.html

3. http://femto.com.ua/articles/part_2/3339.html

4. Marea Enciclopedie Sovietică. M.: Enciclopedia sovietică, 1975, vol. 21.

6. http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00065/40400.htm

7. http://www.nanometer.ru/2009/09/07/rfbr_156711/PROP_FILE_files_1/rffi4.pdf

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Rebinder_Effect

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Determinarea conținutului de hidrocarburi nesaturate din motorină după numărul de iod. Găsirea impurităților minerale, densitatea și vâscozitatea, coeficientul de tensiune superficială a produselor petroliere. Folosind metodele Westphal-Mohr și Rehbinder-Weiler.

lucrare curs, adaugat 27.11.2014


Studiul principalelor tipuri de adsorbție. Factori care influențează viteza de adsorbție a gazelor și vaporilor. Izoterma de adsorbție. Ecuația Freundlich și Langmuir. Caracteristici de adsorbție din soluții. Rehbinder, domnia Paneth-Fajans-Peskov. Concept și tipuri de cromatografie.

prezentare, adaugat 28.11.2013


Întărirea și întărirea diferitelor modificări ale gipsului. Clasificarea și proprietățile aditivilor. Determinarea tensiunii superficiale. Determinarea rezistenței plastice. Plastometru cu pârghie Rehbinder. Influența aditivilor asupra cineticii de întărire a aluatului de gips.

lucrare curs, adaugat 17.02.2013


Informații generale despre coroziunea metalelor, tipurile și tipurile acesteia. Cauzele coroziunii chimice și electrochimice și mecanismul apariției acesteia. Metode de protecție a produselor metalice împotriva proceselor de coroziune. Protecție anticorozivă cu acoperiri nemetalice.

lucrari practice, adaugat 11.03.2011


Caracteristicile reacțiilor chimice în polimeri. Distrugerea polimerilor sub influența căldurii și a mediilor chimice. Reacții chimice sub influența luminii și a radiațiilor ionizante. Formarea structurilor de rețea în polimeri. Reacțiile polimerilor cu oxigenul și ozonul.

test, adaugat 03.08.2015


Erori obiective în fotometrie. Curbele spectrofotometrice ale soluțiilor de cloroform. Concept general despre efectul fotoelectric. Metoda de titrare colorimetrică sau duplicare. Schema unui fotocolorimetru automat. Practica metodelor fotometrice.

lucrare de curs, adăugată 30.10.2011


Structura atomilor de metal. Poziția metalelor în tabelul periodic. Grupuri de metale. Proprietățile fizice ale metalelor. Proprietăți chimice metale Coroziunea metalelor. Conceptul de aliaje. Metode de obținere a metalelor.

rezumat, adăugat la 12.05.2003


Analiza problemelor de găsire a materialelor metalice rezistente la căldură destinate fabricării de încălzitoare, cuptoare, schimbătoare de căldură. Introducere în cele mai comune ecuații ale vitezei de oxidare a metalelor. caracteristici generale teoriile lui Wagner.

test, adaugat 04.10.2015


Entalpia este o funcție termodinamică a stării și a sumei energiei interne și a lucrului împotriva forțelor externe. Entalpia de formare a unei substanțe complexe. Determinarea entalpiei reacţiei de neutralizare. Descrierea experimentului, calculul erorii relative de măsurare.

lucru de laborator, adaugat 18.05.2012


Esența, tipurile, metodele de producție, domeniile de aplicare a acoperirilor metalice. Tehnologia și caracteristicile argintării chimice a sticlei. Caracteristicile principalelor metode de depunere chimică a metalelor. Puterea de aderență a stratului de metal la suprafață.

Spre deosebire de cazul considerat „gaz - solid”, adsorbția lichidelor este foarte complicată de prezența unei a treia componente - un solvent, ale cărui molecule pot fi, de asemenea, adsorbite pe suprafața adsorbantului și, prin urmare, sunt concurenți ai molecule de adsorbat. Astfel, adsorbția de acest tip este întotdeauna adsorbție dintr-un amestec. În plus, adsorbția la interfața solid-soluție este întotdeauna complicată de interacțiunea moleculelor adsorbante cu moleculele mediului. Când se ia în considerare adsorbția dintr-o soluție pe un solid, se obișnuiește să se facă distincția între două cazuri.

Adsorbția neelectroliților sau adsorbția moleculară.

Adsorbția electroliților.

Dependența adsorbției de echilibru molecular dintr-o soluție pe un solid este caracterizată de izoterma obișnuită de adsorbție, iar pentru soluții suficient de diluate este bine descrisă de ecuația empirică Freundlich-Langmuir-Liebig. Utilizarea ecuațiilor Langmuir și Gibbs este dificilă din cauza dificultății de determinare a tensiunii superficiale.

În timpul adsorbției dintr-o soluție, moleculele adsorbatului și ale mediului sunt concurente. Și cu cât mediul este mai rău adsorbit, cu atât mai bine este adsorbatul. Pe baza faptului că tensiunea de suprafață pentru un surfactant este scăzută, putem presupune că, cu cât tensiunea superficială a mediului în sine este mai mare, cu atât moleculele sale sunt mai puțin capabile de adsorbție. Prin urmare, adsorbția pe un solid este de obicei mai bună din soluții apoase și mai rău din soluțiile de substanțe organice care au o tensiune superficială relativ scăzută. În timpul adsorbției, apare și regula lui Traube: cu o creștere a lanțului de adsorbat în seria omoloagă, adsorbția competitivă se îndreaptă către adsorbatul care are o greutate moleculară mai mare.

Pe măsură ce lungimea moleculelor de adsorbat crește peste o anumită valoare critică, din cauza incapacității moleculei de adsorbat de a pătrunde în interiorul porilor, adsorbția scade odată cu creșterea greutății moleculare a adsorbatului.

Regula de aliniere a polarității Rebinder : o substanță poate fi adsorbită la interfața dintre faze dacă adsorbția ei duce la egalizarea polarităților acestor faze, adică din punct de vedere al polarității, această substanță ar trebui să ocupe o poziție intermediară între substanțele care alcătuiesc aceste faze.

Dacă este necesar să adsorbiți o componentă din faza lichidă, este necesar ca polaritatea adsorbantului și a soluției să difere puternic una de cealaltă. Cu cât o substanță este mai puțin solubilă într-un solvent, cu atât va fi mai bine adsorbită.

Criteriul pentru adecvarea unui solvent ca mediu de adsorbție este căldura de umectare a adsorbantului de către acest solvent. Prin urmare, diferența de polaritate la a doua interfață este întotdeauna mai mică decât la prima E 1 > E 2 Și Q>0 . Cu atât mai mult Q, cu cât interacțiunea solventului cu adsorbantul este mai intensă și, prin urmare, cu atât mediul de adsorbție este mai rău.

Capitolul 2.4 Aderența. Coeziune. Udarea și împrăștierea lichidului

Subiectul 2.4.1. Conceptul de coeziune și aderență. Udarea și răspândirea. Lucrări de aderență și coeziune. Ecuația Dupre. Unghi de contact. Legea lui Young. Suprafețe hidrofobe și hidrofile

În sistemele eterogene, se disting interacțiunile intermoleculare în cadrul și între faze.

Coeziune - atracția atomilor și moleculelor într-o fază separată. Determină existența unei substanțe în stare condensată și poate fi cauzată de forțe intermoleculare și interatomice. Concept adeziune, umezireȘi răspândirea se referă la interacțiunile interfațale.

Adeziune asigură o legătură de o anumită rezistență între două corpuri datorită forțelor intermoleculare fizice și chimice. Să luăm în considerare caracteristicile procesului de coeziune. Loc de munca coeziune este determinat de consumul de energie pentru procesul reversibil de rupere a unui corp de-a lungul unei secțiuni transversale egale cu o unitate de suprafață: W k =2  , Unde W k- munca de coeziune; - tensiune superficială

Deoarece la ruptură se formează o suprafață în două zone paralele, în ecuație apare un coeficient de 2 Coeziunea reflectă interacțiunea intermoleculară într-o fază omogenă, aceasta poate fi caracterizată prin parametri precum energia rețelei cristaline, presiunea internă, volatilitatea. , și punctul de fierbere. Aderența este rezultatul dorinței sistemului de a reduce energia de suprafață. Lucrarea de aderență se caracterizează prin munca de ruptură reversibilă a legăturii adezive pe unitate de suprafață. Se măsoară în aceleași unități ca și tensiunea superficială. Lucrul total de aderență care se referă la întreaga zonă de contact a corpului: W s = W A S

Adeziune - lucrarea la rupere a fortelor de adsorbtie cu formarea unei noi suprafete de 1 m 2 .

Pentru a obține relația dintre lucrul de aderență și tensiunea superficială a componentelor care interacționează, să ne imaginăm două faze condensate 2 și 3, având o suprafață la limita cu aerul 1 egală cu o unitate de suprafață (Fig. 2.4.1.1).

Vom presupune că fazele sunt reciproc insolubile. La combinarea acestor suprafete, de ex. Când o substanță este aplicată pe alta, apare fenomenul de aderență, deoarece sistemul a devenit bifazat, apoi apare tensiunea interfacială  23. Ca urmare, energia inițială Gibbs a sistemului este redusă cu o cantitate egală cu munca de aderență:

G + W A =0, W A = - G.

Modificarea energiei Gibbs a sistemului în timpul aderenței:

;

Gînceput . =  31 +  21 ;

G con =  23;

.

- Ecuația Dupre.

Reflectă legea conservării energiei în timpul aderenței. Rezultă de aici că munca de aderență este mai mare, cu cât tensiunea superficială a componentelor inițiale este mai mare și cu atât tensiunea interfacială finală este mai mică.

Tensiunea interfaciala va deveni 0 atunci cand suprafata interfaciala dispare, ceea ce apare atunci cand fazele sunt complet dizolvate

Având în vedere că W k =2  , și înmulțind partea dreaptă cu fracția , primim:

Unde W k 2, W k 3 - munca de coeziune a fazelor 2 si 3.

Astfel, condiția de dizolvare este ca munca de aderență între corpurile care interacționează să fie egală sau mai mare decât valoarea medie a sumei lucrărilor de coeziune. Rezistența adezivă trebuie să fie distinsă de munca de coeziune. W P .

W P – munca cheltuită pentru a rupe o îmbinare lipită. Această cantitate diferă prin faptul că include munca de rupere a legăturilor intermoleculare W A, și munca petrecută la deformarea componentelor îmbinării adezive W def :

W P = W A + W def .

Cu cât conexiunea adezivă este mai puternică, cu atât va fi mai mare deformarea componentelor sistemului în timpul distrugerii acestuia. Lucrarea de deformare poate depăși de mai multe ori munca reversibilă de aderență.

umezire - un fenomen de suprafață constând în interacțiunea unui lichid cu un solid sau alt corp lichid în prezența contactului simultan a trei faze nemiscibile, dintre care una este de obicei un gaz.

Gradul de umectare este caracterizat de valoarea adimensională a cosinusului unghiului de contact sau pur și simplu unghiului de contact. În prezența unei picături de lichid pe suprafața unei faze lichide sau solide, se observă două procese, cu condiția ca fazele să fie reciproc insolubile.

În fig. 2.4.1.2 arată o cădere pe suprafața unui corp solid în condiții de echilibru. Energia de suprafață a unui corp solid, tinde să scadă, întinde picătura peste suprafață și este egală cu  31. Energia interfacială de la interfața solid-lichid tinde să comprime picătura, de exemplu. energia de suprafață este redusă prin scăderea suprafeței. Răspândirea este împiedicată de forțele de coeziune care acționează în interiorul picăturii. Acțiunea forțelor de coeziune este direcționată de la limita dintre fazele lichidă, solidă și gazoasă tangențial la suprafața sferică a picăturii și este egală cu  21. Unghiul  (tetta), format de tangenta la suprafețele de interfaza care limitează fluidul de umectare, are un vârf la interfața dintre trei faze și se numește unghi de contact de umectabilitate . La echilibru se stabilește următoarea relație

- Legea lui Young.

Aceasta implică o caracteristică cantitativă de umectare ca cosinusul unghiului de contact
. Cu cât unghiul de contact este mai mic și, în consecință, cu cât cos  este mai mare, cu atât umezirea este mai bună.

Dacă cos  > 0, atunci suprafața este bine umezită de acest lichid, dacă cos < 0, то жидкость плохо смачивает это тело (кварц – вода – воздух: угол  = 0; «тефлон – вода – воздух»: угол  = 108 0). С точки зрения смачиваемости различают гидрофильные и гидрофобные поверхности.

Daca 0< угол <90, то поверхность гидрофильная, если краевой угол смачиваемости >90, atunci suprafața este hidrofobă. O formulă convenabilă pentru calcularea cantității de lucru de aderență este obținută prin combinarea formulei Dupre și a legii Young:

;

- Ecuația Dupre-Young.

Din această ecuație putem observa diferența dintre fenomenele de aderență și umectare. Împărțind ambele părți la 2, obținem

.

Deoarece umezirea este caracterizată cantitativ prin cos , atunci, în conformitate cu ecuația, ea este determinată de raportul dintre munca de aderență și munca de coeziune pentru lichidul de umectare. Diferența dintre aderență și umezire este că umezirea are loc atunci când trei faze sunt în contact. Din ultima ecuație se pot trage următoarele concluzii:

1. Când  = 0 cos  = 1, W A = W k .

2. Când  = 90 0 cos  = 0, W A = W k /2 .

3. Când  =180 0 cos  = -1, W A =0 .

Ultima relație nu este implementată.

EFECT RELIDER

Să continuăm povestea despre crăpăturile care trăiesc în cristal. Pyotr Aleksandrovich Rebinder a făcut primul raport detaliat despre descoperirea sa la sfârșitul verii anului 1928 pe o navă cu aburi care cobora Volga - de la Nijni Novgorod la Saratov. Delegații călătoreau pe navă

VI Congresul întregului rus al fizicienilor și invitații congresului. Printre invitați s-au numărat cei mai mari fizicieni ai vremii: Max Born, Peter Debye, Charles Darwin, Paul Dirac și mulți alții. Pentru istoria fizicii sovietice, acesta a fost un congres semnificativ, deoarece în timpul acestui congres au fost raportate și discutate trei realizări majore ale fizicii sovietice tinere: efectul împrăștierii Raman a luminii (L. I. Mandelstam a raportat despre aceasta), primele rezultate. obținut în studiul reacțiilor în lanț (raportat de N.N. Semenov) și efectul reducerii rezistenței la adsorbție (raportat de P.A. Rebinder).

Raportul lui P. A. Rebinder a stârnit scepticism. Vorbitorul a susținut că proprietățile mecanice ale unui corp cristalin pot fi modificate semnificativ dacă pe suprafața acestuia sunt plasate substanțe special selectate. Vorbitorul a vorbit despre experimente care i-au confirmat punctul de vedere. Toate acestea păreau mai mult decât ciudate, pentru că, indiferent de substanța care se află la suprafață, doar atomii de „suprafață” ai cristalului sunt conștienți de existența lui și sunt foarte puțini dintre ei. Proporția relativă a atomilor de suprafață dintre cei care formează un fir cu o rază se dovedește a fi egală cu

? = 2?Ra/?R 2 = 2a/ R ,

Unde A - distanta interatomica. Dacă R= 10 -1 cm, A = 3 . 10 -8 cm,

Acea ? ? 10 -7, adică pe suprafața unui astfel de fir există o zece milione parte din toți atomii din care constă. Ei nu pot determina puterea unei probe masive, deoarece atomii din volum sunt în mod evident responsabili pentru aceasta! Să ne amintim: considerații similare au apărut în legătură cu efectul Ioffe.

Au trecut anii, au apărut noi fapte, presupuneri și estimări teoretice. S-a dovedit că vorbitorul avea dreptate. Experiența vastă la conferințe și seminarii sugerează că vorbitorii au de obicei dreptate. Nu întotdeauna, dar cel mai adesea. S-au gândit din ce în ce mai interesați la subiectul reportajului decât ascultătorii-adversari.

Deci - efectul Rehbinder: un cristal a cărui suprafață este acoperită cu un așa-numit surfactant prezintă proprietăți mecanice care sunt semnificativ diferite de proprietățile aceluiași cristal a cărui suprafață este curată. De exemplu, rezistența la tracțiune poate fi redusă semnificativ, iar cristalul poate prezenta o fragilitate crescută.

Experiența clasică pe care lui P. A. Rebinder îi plăcea să o demonstreze în timpul prelegerilor sale este foarte impresionantă. Experiența este simplă. În primul rând, ar trebui să vă asigurați că o placă subțire de zinc se îndoaie ușor sub influența unor forțe mici și se dovedește a fi din plastic. Apoi ar trebui să curățați o secțiune a suprafeței cristalului și să aplicați o picătură de mercur pe ea. După această procedură, îndoirea cristalului este însoțită de apariția unei fisuri. Mercurul pătrunde activ în el, iar fisura se dezvoltă rapid. Mercurul de pe suprafața zincului ductil l-a făcut fragil. Am văzut în repetate rânduri această demonstrație de prelegere susținută de Pyotr Alexandrovich. Când demonstra, era mereu încântat de bucurie, iar comportamentul lui avea ceva din comportamentul unui școlar care își surprinde prietenii cu un truc spectaculos.

Acest bărbat mare, cu părul cărunt, era caracterizat de o calitate copilărească. Când părți dintr-o placă fragilă de zinc erau în mâinile lui, el s-a uitat triumfător în jur și a spus: „Fără joc de mână!”

Procesele care însoțesc manifestarea efectului Rehbinder, în forma observată în experimentul descris, nu sunt foarte simple. Ele depind de proprietăți fizice atât cristalul cât şi substanţa adusă la suprafaţa sa.

Să încercăm să înțelegem fizica efectului, ținând cont de cristal A , pe suprafața căruia se află un surfactant ÎN. Se poate dovedi (și acest lucru se dovedește a fi într-un număr mare de combinații) A Și ÎN ) genul ăsta de atomi ÎN situate avantajos între atomii soiului A , pană între ele. Acest proces poate fi ajutat prin aplicarea de forțe de tracțiune cristalului, slăbind astfel legătura A -A . Dacă introducerea unor atomi de acest fel ÎN în cristal A sa întâmplat, conexiuni ca A -ÎN . Iată conexiunile A-B se pot dovedi a fi conexiuni semnificativ mai slabe A-A , iar acest lucru poate determina rezistența redusă a cristalului.

La cele spuse trebuie adăugate următoarele. Principalele evenimente care însoțesc fractura, de regulă, au loc la gura unei fisuri în curs de dezvoltare, la care atomii de acest tip trebuie să aibă timp să ajungă din stratul de acoperire. ÎN . Ele pot fi furnizate fie prin procesul de difuzie de-a lungul suprafeței, fie prin procesul de răspândire a substanței ÎN de-a lungul suprafeţei unei fisuri care se dezvoltă în cristal A .

Cu orice mecanism, aceste provizii trebuie să apară suficient de repede, astfel încât la gura fisurii să existe atomi de tip B, care caută să pătrundă în cristalul L. Este oportun să remarcăm aici că efectul Rehbinder are multe caracteristici atât ale Ioffe. efectul și efectul Griffiths. Ele sunt legate de caracteristicile procesului de dezvoltare a fisurilor sub stres.

Iată un alt experiment care ilustrează o altă manifestare a efectului Rehbinder. Puțin galiu topit se toarnă într-un pahar de sticlă înalt și pe fundul acestuia se pune o placă subțire de zinc policristalin. Paharul este apoi umplut cu o soluție specială care curăță suprafața zincului. Apoi se întâmplă următoarele. Galiul începe să se strecoare de-a lungul suprafeței zincului. Acest lucru este clar vizibil, deoarece pe zinc se formează un semn mat în mișcare. Placa de zinc acoperită cu galiu începe să se așeze pe fundul paharului, pliându-se într-un acordeon sau rulând într-o rolă. Spontan, doar sub influența propriei greutăți!

Galiul, care pătrunde în limitele dintre boabele unei plăci policristaline de zinc, le slăbește, iar boabele sunt capabile să se deplaseze cu ușurință unele pe altele. Este exact ceea ce vedem când observăm cât de ușor se așează o placă de zinc într-un pahar de galiu.

În primul experiment - fragilitate anormală, în al doilea - plasticitate anormală. S-ar putea da exemple de scădere bruscă a durității cristalelor de roci și metale, dobândirea lor a capacității de a se transforma cu ușurință în pulbere și multe alte exemple de modificări ale proprietăților mecanice ale corpurilor cristaline sub influența agenților tensioactivi.

Cititorul, chiar și unul nu foarte predispus la fantezie, își va imagina cu ușurință rolul enorm jucat de efectul Rehbinder în natură și în multe procese tehnologice. Permiteți-mi să ajut cititorul: în prezența agenților tensioactivi, este mai ușor de prelucrat cu un tăietor, mai ușor de ștanțat, mai ușor de găurit pietre, mai ușor de măcinat cristalul în pulbere...

Efectul Chisholm Legile de bază ale defecțiunilor, defecțiunilor și întârzierilor F. Chisholm Poți fi sigur de un singur lucru: că nu poți fi sigur de nimic. Dacă această afirmație este adevărată, este deci falsă. Un paradox străvechi Ca majoritatea descoperiri științifice, principii generale,

4. Efectul fotoelectric și natura discretă a luminii Descoperirea fenomenului efectului fotoelectric și studiul ulterioar al acestuia au adus fizicienilor multe lucruri neașteptate. Esența efectului fotoelectric este emisia de electroni rapizi de către o substanță sub influența unei lungimi de undă suficient de scurte.