5. Термодинамика дисперсных систем и поверхностных явлений
253. (3/3-08).* Суспензия серы в воде была исследована методом термического анализа.
Суспензию нагревали до температуры 200 оС в ячейках-автоклавах со скоростью нагрева около 1 К/мин, при этом растворения серы в воде не наблюдалось. Используя приведенную на рисунке кривую ДТА, оцените минимальный размер частиц серы. Коэффициент поверхностного натяжения для серы
σ = 0,042 Дж/м2, ρS = 2,07 г/см3.
Фазовый переход
ΔфпH0.,кДж/моль
Тфп, 0С
S (ромб) ® S (монокл)
0,36
95,6
S (монокл) ® S (ж)
1,26
119,3
H2O (ж) ® H2O (п)
40,4
100
Решение. Первый пик – переход дисперсной ромбической в дисперсную моноклинную, второй пик – плавление серы. Температуру фазового перехода необходимо определять по началу пика. Начало второго пика ~ 115 оС т.е. разница между плавлением дисперсной и массивной серы около 4,3 K.
Используем соотношение для плавления дисперсной фазы:
ln(TT0)=−2σV¯твrΔплH
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaciiBaiaac6gadaqadaqaamaalaaabaGaamivaaqaaiaadsfadaWgaaWcbaGaaGimaaqabaaaaaGccaGLOaGaayzkaaGaeyypa0JaeyOeI0YaaSaaaeaacaaIYaGaeq4Wdm3aa0aaaeaacaWGwbaaamaaBaaaleaacaWGcrGaamOmeaqabaaakeaacaWGYbGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaad+dbcaWG7qaabeaakiaadIeaaaaaaa@4822@, получаем: r = 10–7 м.
263. (7/П-05). Природа активного компонента Сu-Zn катализатора синтеза метанола вызывает много дискуссий. Одной из гипотез является образование Сu-Zn бронзы при обработке в восстановительной среде. Оценить равновесный состав поверхности Cu-Zn сплава с мольным содержанием Zn 3.10–4 % при температуре 500 К, если известно, что значения избыточной поверхностной энергии для металлических меди и цинка равны соответственно:
σСu = 1,3 Дж/м2, а σZn = 0,67 Дж/м2.
Сплав меди и цинка полагать идеальным. Концентрация атомов металлов на поверхности сплава равна
1,5.1019 ат..м–2.
Решение. Процесс миграции 1 моля Zn из объема на поверхность бесконечно большого количества частиц Сu-Zn сплава сопровождается изменением потенциала Гиббса:
268. (4/3-07).* Железную деталь покрывают краской, состоящей из порошка кадмия. Возможно ли приготовить краску из такого ультрадисперсного порошка кадмия, при использовании которого не будет происходить коррозионного разрушения детали во влажной среде в присутствии кислорода? E0(Cd2+/Cd) = – 0,403 В, E0(Fe2+/Fe) = – 0,447 В отн. Н.В.Э., ρCd = 8,65 г/см3, МCd = 112,41 г/моль, σCd ≈ 0,8 Дж/м2.
Примечание. Коррозия происходит из-за протекания двух полуреакций – анодной Me à
Men++ ne– и катодной
O2 + 4H+ + 4e– → 2H2O (E0 = 1,23 В отн. НВЭ).
Решение. Для обеспечения антикоррозионной защиты должно выполняться условие,
чтобы электродный потенциал полуреакции восстановления защищаемого металла
E0(Fe2+/Fe) был больше потенциала защиты E0(Cd2+/Cd):
270. (5/3-06).* На графике показаны начальные участки изотерм адсорбции 1,3-бутадиена на угле при двух разных температурах. Найти энтальпию адсорбции 1,3-бутадиена на угле, если известно, что она не зависит от степени покрытия поверхности адсорбатом.
Решение:
При одинаковом заполнении поверхности
(dlnPdT)θ=ΔadsHRT2
MathType@MTEF@5@5@+=feaagaart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=xfr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaeWaaeaadaWcaaqaaiaadsgaciGGSbGaaiOBaiaadcfaaeaacaWGKbGaamivaaaaaiaawIcacaGLPaaadaWgaaWcbaGaeqiUdehabeaakiabg2da9maalaaabaGaeuiLdq0aaSbaaSqaaiaadggacaWGKbGaam4CaaqabaGccaWGibaabaGaamOuaiaadsfadaahaaWcbeqaaiaaikdaaaaaaaaa@47B5@. Например, при θ = 0,21