Határfelületi jelenségek fizikai kémiája

(1)

Határfelületi jelenségek fizikai kémiája

2018-19/ősz

László Krisztina

F épület I. lépcsőház I. emelet 135 klaszlo@mail.bme.hu

1

felületi feszültség:

az egységnyi felület létrehozásához szükséges energia



^{293 K}

mJ/m

²

vagy

mN/m kölcsönhatás He(l) 0,308

^{2,5 K}

diszperziós

n-hexán 18 diszperziós

víz 72 H-híd

Hg(l) 472 fémes kötés

BaSO

₄

10

³

ionrács

intenzív sajátság, munka/felület; erő/út

,

  

   _{s p T}   G

 A

2

A határfelületnek a folyadék

belsejéhez képest nagyobb

energiája ez az energia többlet a

felületi energia

(2)

Részecskeméret vs. felület 1 kocka 10

³

kocka 10

²¹

kocka

Felületi és tömbfázisbeli részecskék aránya: felület/térfogat arány

3 A felületi és tömbfázisbeli

molekulák arányának részecskeátmérő-függése

„Nagy felület” előállítása 1. Diszpergálással („top down”)

inkoherens koherens rendszerek

(3)

2. Szintézissel („bottom up”) chemical vapour deposition (CVD)

szol/gél eljárások

5

Határfelület elválaszt és összeköt

6

Felületi többletkoncentráció [mmol/m

²

]

   s

N A

Fajlagos felület [m

²

/g]

 A ^s

S m

(4)

A határfelületek csoportosítása 1. érintkező fázisok

halmazállapota:

S/S; S/L; S/G; L/L; L/G

7

2. geometria: sík vs görbült

(5)

3. energetikai szempontból kis és nagyenergiájú homogén és heterogén

 energiaeloszlás

„aktív” hely

9

A felületi többletenergia csökkentése

 G =  H - T  S exoterm mobil fázis

szilárd fázis

10

(6)

Felületi szegregáció

11

Adszorbens

Adszorpció: feldúsulás határfelületen

Deszorpció: a feldúsult/megkötött molekulák/atomok

eltávolítása

Egyensúlyra vezető folyamat

(7)

Fiziszorpció Kemiszorpció Kölcsönhatás nem specifikus,

másodlagos kölcsönhatások kémiai reakció, elektroncsere

Entalpia

tipikusan 5-80 kJ/mol (vö. kondenzációs hő) függ a molekula méretétől és polaritásától

tipikusan 40 - 800 kJ/mol (vö. reakcióhő, kémiai kötésekkel azonos nagyságrend) Határfelületi réteg

vastagsága lehet többrétegű egy réteg

Kinetika gyors, nem aktivált folyamat változó, gyakran aktiválási energia kell

Hőmérséklettartomány

a gáz forráspontja közelében (pl. Xe < 100 K, CO2 < 200 K)

nincs hőmérsékleti korlát (a jellemzőT az adott kémiai reakciótól függ)

Fizi- és kemiszorpció összehasonlítása

13

V

^s

= A

_s

t

   

Vs t

s

0 0

n cdV A cdz



^s



^t



^g ^g

0

n A cdz c V

 

s g g

n n c V

A szorpció mennyiségi leírása



 

^g ^g,0

n n c V

V

^g,0

=V

^g

+V

^s



 

^g ^g



^g ^s

n n c V c V







s g s

n n c V

G/S határfelületnél c

^g

kicsi

V

^s

V

^g





n

s

n

14

(8)

Adszorpció S/G határfelületen

elválasztástechnika

szilárd felületek minősítése

A felület szerepe a diffúzió-limitált folyamatokban Katalizátorok aktivitása

Adszorpciós kapacitás

Kompozitok stabilitása, tulajdonságai (pl. gumi – korom) Pórusalak és pórusméreteloszlás meghatározására alkalmas

anyagtudomány analitika

Mindig előfordul, ha szilárd felület gázzal érintkezik

környezetvédelem

gázelválasztás és tisztítás

15

o

felületi szennyeződés eltávolítása o vákuum

o hőmérséklet – legmagasabb, ami még nem károsítja az anyagot o tömegmérés

Mintaelőkészítés

(9)

( , )

, , ( )

s s s

p T T

m n V  f p

Az adszorpció mértéke

17

Automatikus berendezések

18

(10)

Határfelületi jelenségek fizikai kémiája