ROVNOVÁHA NA ROZHRANÍ TŘÍ FÁZÍ

1. ROVNOVÁHA NA ROZHRANÍ TŘÍ FÁZÍ

2. Uspořádání třífázového systému závisí na hodnotách mezifázových energii. Mezifázová energie (mezifázové napětí) je vlastnost, která charakterizuje rozhraní mezi dvěma objemovými fázemi; rozhraní tří fází – průsečnice tří dvoufázových rozhraní – je charakterizováno smáčecím (kontaktním) úhlem.

3. Hodnoty mezifázových energií a úhlu smáčecího úhlu umožňují porozumět takovým jevům jako jsousmáčení a rozestírání, které jsou důležité v řadě • prakticky významných pochodů, jako např. • detergence, příprava vodovzdorných povrchů, příprava ochranných povrchových vrstev, aplikace instekticidů,..., • i v mnohých inženýrských procesech • přenos tepla v zařízeních, kde hlavní úlohu hraje vypařování a kondenzace, flotace aj. • Studium mezifázových vlastností umožňuje nejen tyto jevy pochopit, ale také zjistit, jak ovlivnit vlastnosti fázového rozhraní, aby uvedené pochody probíhaly žádaným způsobem.

4. Systém sestávající ze tří fází se uspořádá tak, aby součet energií všech fázových rozhraní a potenciálních energií všech fází byl minimální. Aij plochy fázových rozhraní ijmezifázové energie Ep součet potenciálních energií všech fází. Kde je možno zanedbat vliv gravitace:

5. Kapka na povrchu pevné fáze Youngova rovnice 1. ℓg sg  sℓ

6. Kapka na povrchu pevné fáze 2. ale ℓg  sg sℓ

7. Kapka na povrchu pevné fáze rozestírání 3.

8. selektivní smáčení

9. Tři kapaliny Neumannův trojúhelník

10. Chování kapalin v kapilárách Kapilární elevace h

11. gsg R q r q gsl

12. V kapiláře kruhového průřezu (poloměr R) vystoupí kapalina do takové výše h, aby byla splněna energetická bilance: • vytvoří se fázové rozhraní pevná fáze/kapalina o ploše Aℓs=2Rh, energie systému vzroste o ℓsAℓs =ℓs2Rh • zanikne fázové rozhraní pevná fáze/plyn o stejné ploše, energie systému se zmenší o sgAsg = sg2Rh • potenciální energie sloupce vytvořeného v kapiláře (R2h) h

13. z Youngovy rovnice ℓs2Rh– sg2Rh + (R2h) hg = 0 2R (ℓs– sg)+ R2h= 0 ℓs–sg= – ℓgcos  Úloha 2-26 Úloha 2-28 Úloha 2-29

14. Kapilární deprese

15. Kapilární deprese q r p-q R Úloha 2-25

16. Tuhé částice na rozhraní mezi dvěma fázemi Tuhá fáze S je dokonale smáčena kapalinou C, špatně smáčena kapalinou B  částice přejde do fáze C částice zůstane v rozhraní, většinou objemu ve fázi C Tuhá fáze S je selektivně smáčena kapalinou C 

17. Plavání tuhých částic: účinkem povrchových sil mohou plavat na hladině kapaliny i malá tělesa o větší hustotě než je hustota kapaliny gravitace. na částici působí & povrchové síly částice plave 90<  < 180 • V objem částice, • Vobjem ponořené části, • ρs a ρℓhustota tuhé částice a kapaliny, • Lobvod částice v místě styku s kapalinou • jestliže se částice potopí např. o dh, potenciální energie částice se zmenší o • (Vρsg– Vρℓ g) dh • mezifázová energie rozhraní pevná fáze/kapalina vzroste (smáčená plocha se zvětší) ℓsdAℓs =ℓsLdh • a povrchová energie tuhé látky klesá, neboť se zmenší plocha styku s/g sgdAsg =sgLdh –(Vρs – Vρℓ)gdh + ℓsLdh –sg Ldh = 0 z Youngovy rovnice: sg – ℓs = ℓgcos   (Vρs – Vρℓ)g = –ℓg Lcos  (cos < 0) Plavání částic je možné pouze nesmáčí-li kapalina tuhou látku.

18. 0<  < 90částice se potopí (cos > 0) • Při daném úhlu smáčení některé částice (v závislosti na svém tvaru a hustotě) plavou, jiné se ponoří, přičemž podíl plovoucích částic roste s velikostí úhlu smáčení. • Ve vodě nejlépe plavou hydrofobní částice. Využití: v úpravnictví rud při flotaci k oddělování rudy od hlušiny. Hlušina je úplně smáčena vodou, zatímco rudy mají poměrně velký smáčecí úhel, který lze ještě zvětšit přídavkem tzv. kolektorů. Při probublávání suspenze obou složek vzduchem se na povrchu bublin zachycují hydrofobní částice rudy; hlušina zůstává ve vodné fázi a klesá ke dnu.