ديد کلي
پديده‌هاي سطحي و شيمي سطح در بخشهاي مختلف صنعتي و غير صنعتي از اهميت فراواني برخوردار است. براي مثال ، واکنشهاي کاتاليزوري روي سطح ، موضوعاتي چون روان‌کننده‌ها ، خوردگي ، چسب‌ها ، پاک‌کننده‌ها ، عمليات استخراج ، شيمي مواد حياتي و واکنشهاي سلولهاي الکتروشيميايي ، همه متاثر از پديده‌هاي سطحي هستند.
سطوح مشترک فارسي را مي‌توان به انواع زير تقسيم‌بندي کرد:
جامد- جامد ، جامد- مايع ، جامد- گاز ، مايع- مايع و مايع- گاز.
سطح مشترک مايع- گاز و مايع- مايع
در تشريح و توصيف پديده‌هاي سطحي همانند تئوري محلولها ، مسئله اصلي ، بررسي و محاسبه خواص سيستم براساس ساختمان الکتروني و اندرکنشهاي بين مولکولي است. اين محاسبات در منطقه مربوط به سطح مشترک دو فاز از پيچيدگي بيشتري نسبت به مناطق همگن برخوردار است، چرا که نيروهاي وارد شده به مولکولهاي سطحي ، نيروهاي غيرموازنه و غير يکنواخت مي‌باشند.
کشش سطحي
پديده‌هاي سطحي و کشش سطحي بر پايه نيروهاي کوتاه برد بين مولکولي توضيح داده مي‌شوند. نيروهاي کوتاه برد بين مولکولي که بخوبي شناخته شده مي‌باشند، همان نيروهايي هستند که باعث بوجود آمدن حالت مايع يک ماده از حالت گاز مي‌باشند. مولکولهايي که در توده مايع وجود دارند، به‌طور متوسط تحت تاثير نيروهاي کششي يکساني در تمام جهات قرار دارند. اما مولکولهايي که در سطح مشترک مايع- گاز وجود دارند، طبيعتا تحت تاثير نيروهاي کششي نامتوازي قرار گرفته‌اند که نتيجه خاص اين نيروها ، کشش مولکول به سمت داخل توده مايع است.
بنابراين بسياري از مولکولها که در سطح مايع وجود دارند، تمايل دارند که سطح را ترک کرده ، به داخل کشيده شوند. به اين دليل ، مايعات تمايل دارند شکلهايي به خود بگيرند که مساحت سطح آنها مينيمم باشد، چرا که در اين صورت ، بيشترين تعداد مولکولها در درون توده مايع و کمترين تعداد بر روي سطح قرار مي‌گيرند و به همين جهت ، قطرات کوچک به شکل کروي مي‌باشند.
شکل هندسي کره به گونه اي است که مقدار نسبت سطح به حجم آن نسبت به اشکال هندسي ديگر حداقل است. البته اين امکان وجود دارد که نيروهاي ديگر با اين شکل ايده‌آل مقابله کنند. مثلا نيروي ثقل موجب مي‌شود کره ها در گودالها به‌صورت سطح درآيند. به هر حال ، رسيدن به شکل هندسي خاص به دليل تملايل مايعات براي دستيابي به کمترين مساحت سطح است.
قابليت مواد فعال سطحي براي حل کردن مواد ديگر
محلولهاي مواد فعال سطحي در بالاتر از c.m.c مي‌توانند مواد آلي غير محلول ديگر را با جا دادن آنها در داخل مسيل‌ها حل کنند. براي مثال ، رنگ نارنجي زايلنون که فقط به مقدار ناچيزي در آب حل مي‌شود، در حضور سديم دودسيل سولفات و در بالاتر از نقطه بحراني مسيلي شدن آن ، ايجاد قرمز پررنگ مي‌کند. به‌طور کلي قرار گرفتن حل شده در موقعيت‌هاي مختلف مسيل (از سطح مسيل گرفته تا هسته داخلي آن) بستگي به اين دارد که اندرکنشهاي الکتروستاتيکي و يا هيدروفوبيک در مسيل تشکيل شده، به چه صورتي موازنه شده باشند.
اين قابليت حل کردن مواد ، از اهميت کاربردي در فرمولي کردن داروها و محصولات ديگري که شامل اجزاء غيرمحلول در آب هستند، برخوردار مي‌باشد. همچنين در خاصيت پاک کنندگي ، پليمريزاسيون امولسيوني و کاتاليزورهاي مسيلي در واکنشهاي آلي کاربرد دارد.
سطح مشترک جامد- گاز
وقتي که يک گاز يا بخار با يک سطح جامد تميز برخورد مي‌کنند، بعضي از مولکولهاي آنها به سطح مي‌چسبند تا ايجاد يک لايه جذب شده نمايند. در اين صورت ، معمولا به جامد ، ماده جاذب ، به گاز يا بخاري که به سطح مي‌چسبند، جذب شونده و به گازي که باقيمانده است، جذب نشده گويند.
ممکن است جذب يک گاز در توده جامد يا بدنه جامد اتفاق افتد (جذب توده) و چون به صورت تجربي نمي‌توان مرزي بين جذب توده و جذب سطحي تعيين کرد، معمولا از عبارت سورپشن sorption براي توصيف کلي پديده جذبي گاز بوسيله جامد استفاده مي‌شود. هر جامدي قادراست مقدار مشخصي از گاز را جذب کند.
پيشرفت در حالت تعادل به دما ، فشار گاز و مساحت سطح موثر جامد بستگي دارد. بنابراين ، بهترين جاذبها آنهايي هستند که داراي خلل و فرج بالايي باشند، مانند ذغال فعال و سيليکاژل 1000 که داراي مساحت سطحي بالايي بوده و به يک cm2/g نيز مي‌رسد. در دماي داده شده ، ارتباط بين مقدار گاز جذب شده در حالت تعادل و فشار گاز را ايزوترم جذب گويند.
پديده جذب در واقع ، نيروهاي جاذبه غير تعادلي را که در يک سطح وجود دارند، کاهش مي‌دهد و به عبارت ديگر ، انرژي آزاد سطحي کاهش مي‌يابد. براي سادگي ، ابتدا سطحي را در نظر بگيريد که از شکستن يک کريستال جامد کووالانسي مانند الماس و يا هر فلزي تشکيل شده باشد. در اين فرآيند ، پيوندهاي کووالانسي بين اتمها شکسته شده ، هر اتم سطحي ، داراي والانسهاي آزاد مي‌باشد. تعداد و نوع اين والانسها به پيوند بين اتمهايي که در بدنه جامد وجود دارند و به زاويه شکسته شدن کريستال بستگي دارد.
يک اتم ، در اين سطح جديد مشخصا در يک موقعيت غير معمول است که در آن ، همسايه‌هاي اتم به‌طور غير کامل مي‌باشند، يعني عدد کئورديناسيون آن ، کوچکتر از اتمهايي است که در بدنه آن جامد وجود دارند.
سطح مشترک جامد- مايع
زاويه تماس و فرآيند تَرکُنندگي
ميزان جابجايي يک سيال نسبت به سطح توسط سيال ديگر را فرآيند تَرُکنندگي گويند. بنابراين فرايند ترکنندکي داراي سه فاز مي‌باشد که حداقل دوتاي از آنها بايد سيال باشند. براي مثال ، حالات خاصي که معمولا اتفاق مي‌افتد، يک گاز (هوا) بوسيله يک مايع در سطح يک جامد جايگزين مي‌شود. يک عامل ترکننده (عامل فعال کننده سطح) ماده اي است که اين اثر را سرعت مي‌بخشد. به‌طور کلي سه نوع ترکنندگي را مي‌توان معرفي کرد:
1. ترکنندگي گسترشي
2. ترکنندگي چسبنده
3. ترکنندگي غوطه‌وري
کاتاليزورهاي ناهمگن
در مطالعه يک واکنش شيميايي ، دو موضوع از اهميت برخوردار است؛ نخست اينکه آيا واکنش انجام مي‌شود و اگر چنين است، تا چه حد پيشرفت خواهد کرد؟ معمولا تمام واکنشها قبل از اينکه کامل شوند، متوقف مي‌شوند. سوال اين است که سيستم در چه موقعيت تعادلي متوقف مي‌شود. پاسخ به اين سوالات و نظاير آن در حوضه ترموديناميک شيميايي است. دومين سوال اين است که موقعيت تعادلي به چه سرعتي قابل حصول است و واکنش به چه سرعتي پيش مي‌رود؟ پاسخ به اين سوالات و سوالهاي مربوطه در حيطه کاري سينتيک شيميايي است.
هرگاه صحبت از کاتاليزور باشد، در حقيقت مي‌توان سيستم‌هاي کاتاليزوري را به دو دسته مجزا تقسيم کرد:
* تي کاتاليزور با واکنش‌دهنده‌ها در يک فاز باشند و هيچ مرز فازي بين آنها وجود نداشته باشد، واکنش کاتاليزوري را همگن يا يکنواخت نامند. اين نوع کاتاليزورها ، در حالات زير اتفاق مي‌افتد:
- فاز گازي به عنوان مثال وقتي اکسيد نيتروژن ، اکسيداسيون دي‌اکسيد گوگرد را کاتاليز مي‌کند.
- فاز مايع وقتي که اسيدها و بازها موتاراتاسيون گلوکز را کاتاليز مي‌کنند.
منبع: http://atwis.com/خ