ПОВЕРХНОСТЬ РАЗДЕЛА ФАЗ ПРИ ФЛОТАЦИИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ РЕАГЕНТОВ

Поверхность раздела вода—воздух.

Любая поверхность раздела фаз резко отличается по физико-химическим свойствам от объема граничных фаз. Это различие заключается в том, что на поверхности раздела фаз имеется избыток свободной энергии. Особенностью поверхности раздела вода—воздух является ее избыточная потенциальная энергия, которая обусловлена тем, что притяжение молекул со стороны водной фазы не компенсируется притяжением со стороны молекул газа (рис. 5.8).

Схема сил межмолекулярного притяжения, действующих на молекулу

Рис. 5.8. Схема сил межмолекулярного притяжения, действующих на молекулу: а — в поверхностном слое; б— в воде; /?1 и /?2 — равнодействующая со стороны молекулы воды и воздуха

На молекулу А, находящуюся внутри жидкости, действуют силы взаимного притяжения со стороны всех окружающих молекул. Силы молекулярного сцепления действуют лишь на близких расстояниях. Для молекулы Б, расположенной на поверхности жидкости, не все силы сцепления уравновешены. Это объясняется тем, что молекулы воздуха в газообразной фазе значительно удалены друг от друга и силы их взаимного притяжения ничтожны. Поэтому молекулы, находящиеся на поверхности, испытывают притяжение только со стороны жидкости. Эти силы не уравновешены и направлены внутрь жидкой фазы.

Избыточная потенциальная энергия а единицы поверхности называется поверхностной энергией жидкости. Она свяхана с полной поверхностной энергией ^соотношением Гиббса-Гельмгольца:

где Т — абсолютная температура, град.; S — скрытая теплота образования поверхности, равна da/dT.

Для воды при t = 20 °С а = 72,5 эрг/см2do/dT= -0,15. Отсюда W= 72,5 + 0,15 • 293 = 116,4 эрг/см2.

Значение поверхностной энергии зависит от разницы полярностей соприкасающихся фаз, т.е. различий интенсивности действующих в них молекулярных сил. Мерой полярности могут служить такие свойства, как диэлектрическая постоянная, дипольный момент молекул и другие так называемые молекулярные свойства фазы. Чем больше различие в полярности соприкасающихся фаз, тем больше избыточная потенциальная энергия. Для двух полярных фаз, а также двух неполярных потенциальная энергия незначительна. На границе же раздела полярной и неполярной фаз ее значение будет большим. Например, воздух имеет низкую диэлектрическую постоянную, поэтому на границе его раздела с разными жидкостями поверхностная энергия высокая для жидкостей с большими диэлектрическими постоянными (рис. 5.9).

Зависимость между поверхностной энергией а на границе раздела фаз и разностью (Д - Д) диэлектрических постоянных соприкасающихся фаз

Рис. 5.9. Зависимость между поверхностной энергией а на границе раздела фаз и разностью (Д1 - Д2) диэлектрических постоянных соприкасающихся фаз

Изменение поверхностной энергии при адсорбции реагентов на поверхности вода-воздух.

Адсорбция — это изменение концентрации того или иного вещества в сторону уменьшения энергии в поверхностном слое адсорбента. Адсорбция может быть положительной или отрицательной. Процесс идет в соответствии со вторым законом термодинамики в сторону уменьшения энергии, а следовательно, с изменением поверхностного натяжения. В зависимости от химической активности и строения различают полярные, аполярные и гетерополярные вещества.

Молекулы полярных веществуиссоциируют на ионы (органические кислоты, соли, некоторые минералы).

Аполярные вещества химически малоактивны, плохо растворяются в воде и не смачиваются ею (минеральные масла, жиры и др.)

Гетерополярные вещества состоят из полярной и аполярной частей. Поэтому они имеют двойственный характер по химической активности.

Различают два вида адсорбции — физическую и химическую (хемосорбцию). Их отличие состоит в том, что при физической адсорбции адсорбированное вещество и кристаллическую решетку адсорбента следует представлять как две независимые системы. Связь осуществляется межмолекулярными силами Ван-дер-Ваальса. При химической адсорбции — адсорбированное вещество и кристаллическая решетка минерала в энергетическом отношении рассматриваются как единое целое. При адсорбции гетерополярных веществ происходит ориентация молекул на границе раздела фаз (рис. 5.10).

Схема расположения гетерополярных молекул на границе раздела вода-воздух

Рис. 5.10. Схема расположения гетерополярных молекул на границе раздела вода-воздух:

7 — аполярная группа; 2 — полярная группа

Полярная часть молекулы будет обращена к более полярной фазе (к воде), неполярная часть — к менее полярной (к воздуху). В зависимости от количества гетерополярных молекул они имеют различное расположение (горизонтальное, вертикальное и др.), соответствующее минимальному значению свободной поверхностной энергии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >