Uvolňovací tlak - Disjoining pressure - Wikipedia

Uvolňovací tlak (symbol Π_d), v povrchová chemie, podle IUPAC definice,^[1] vzniká atraktivní interakcí mezi dvěma povrchy. U dvou plochých a rovnoběžných povrchů lze hodnotu rozpojovacího tlaku (tj. Sílu na jednotku plochy) vypočítat jako derivaci Gibbsova energie interakce na jednotku plochy vzhledem ke vzdálenosti (ve směru normální k interakčním povrchům). Existuje také související koncept rozpojovací síla, které lze chápat jako rozpojovací tlak krát povrchovou plochu interagujících povrchů.

Koncept oddělení tlaku byl představen Derjaguin (1936) jako rozdíl mezi tlakem v oblasti a fáze přiléhající k povrchu, který ji omezuje, a tlak v této fázi.^[2][3]

Popis

Rozvolňovací tlak lze vyjádřit jako:^[4]

${ displaystyle Pi _ {D} = - {1 nad A} vlevo ({ frac { částečné G} { částečné x}} vpravo) _ {T, V, A}}$

kde:

• Π_d - uvolňovací tlak, N / m²
• A - povrch interagujících povrchů, m²
• G - celková Gibbsova energie interakce dvou povrchů, J
• X - vzdálenost, m
• indexy T, PROTI a A znamenají, že teplota, objem a povrchová plocha zůstávají v derivaci konstantní.

Závislost tlaku ve filmu na povrchu A a tlaku ve velkém

Pomocí konceptu rozpojovacího tlaku lze na tlak ve filmu pohlížet jako na:^[4]

${ displaystyle P = P_ {0} + Pi _ {D}}$

kde:

• P - tlak ve filmu, Pa
• P₀ - hlavní tlak ve stejné fázi jako u filmu, Pa.

Rozpojovací tlak je interpretován jako součet několika interakcí: disperzní síly, elektrostatické síly mezi nabitými povrchy, interakce způsobené vrstvami neutrálních molekul adsorbovaný na dva povrchy a strukturální účinky rozpouštědla.

Klasická teorie předpovídá, že rozpojovací tlak tenkého tekutého filmu na rovný povrch následuje,^[5]

${ displaystyle Pi _ {D} = - {{A_ {H}} nad {6 pi delta _ {0} ^ {3}}}}$

kde:

• A_H - Hamakerova konstanta, J
• δ₀ - tloušťka tekutého filmu, m

U systému pevná látka-kapalina-pára, kde je pevný povrch strukturován, je rozpojovací tlak ovlivněn profilem pevného povrchu, ζ_S a tvar menisku, ζ_L ^[6]

${ displaystyle { Pi _ {D} (x, {{ zeta} _ { text {L}} (x)})} = int d ^ {2} rho { int _ { zeta _ { text {L}} (x) - zeta _ { text {S}} (x + rho)} ^ {+ infty}} dz omega ( rho, z)}$

kde:

• ω (ρ, z) - potenciál pevná látka-kapalina, J / m⁶

Tvar menisku může být minimalizací celkové volné energie systému následujícím způsobem ^[7]

${ displaystyle { delta W _ { text {total}}} = {{ částečný W _ { text {total}}} nad { částečný { zeta _ { text {L}}}}} delta zeta _ { text {L}} + {{ částečné W _ { text {celkem}}} nad { částečné zeta _ { text {L}} ^ {'}}} delta zeta _ { text {L}} ^ {'} = 0}$

kde:

• Ž_celkový -, celková volná energie systému včetně povrchové přebytečné energie a volné energie v důsledku interakcí pevná látka-kapalina, J / m²
• ζ_L - tvar menisku, m
• ζ '_L - sklon tvaru menisku, 1

V teorii kapek kapaliny a filmů lze prokázat, že rozpojovací tlak souvisí s rovnováhou kapalina-pevná látka kontaktní úhel ${ displaystyle theta _ {e}}$ prostřednictvím vztahu^[8]

${ displaystyle cos theta _ {e} = 1 + { frac {1} { gamma}} int _ {h_ {0}} ^ { infty} Pi _ {D} (h) dh}$ ,

kde ${ displaystyle gamma}$ je kapalná pára povrchové napětí a ${ displaystyle h_ {0}}$ je tloušťka předchůdce filmu.

Viz také

• Kapilární kondenzace
• Kapilární tlak
• Hamakerova konstanta
• Tenkovrstvá rovnice

Reference