كيمياء السطوح والغرويات
تدرس كيمياء السطوح والغرويات فيزياء وكيمياء الأسطح البينية والمواد المجزأة بدقة، حيث تجعل نسبة مساحة السطح الكبيرة إلى الحجم القوى البينية هي المهيمنة على السلوك.
Definition
كيمياء السطوح والغرويات هي فرع من الكيمياء الفيزيائية يهتم بخصائص الأسطح البينية والأنظمة الغروية، حيث تتشتت مادة واحدة بدقة في أخرى وتتحكم الظواهر البينية في السلوك.
Scope
يغطي هذا المجال كيمياء الأسطح البينية والأنظمة المشتتة: التوتر السطحي وديناميكا حرارة الأسطح البينية؛ امتزاز الغازات والمذابات على الأسطح ونظائرها الحرارية؛ خصائص واستقرار المشتتات الغروية؛ المواد الخافضة للتوتر السطحي وتجمعها الذاتي في المذيلات والأغشية؛ وهيكل الأسطح المشحونة والطبقة المزدوجة الكهربائية. ترتبط الكيمياء التحفيزية للأسطح بالحركية، بينما ينصب التركيز هنا على الديناميكا الحرارية البينية والقوى والهيكل.
Sub-topics
Core questions
- كيف ينشأ التوتر السطحي من الديناميكا الحرارية للأسطح البينية؟
- كيف تمتص الجزيئات على الأسطح، وما هي النظائر الحرارية التي تصف العملية؟
- ما هي القوى التي تعمل على استقرار أو زعزعة استقرار المشتتات الغروية؟
- كيف تتجمع المواد الخافضة للتوتر السطحي ذاتيًا، وكيف تشكل الأسطح المشحونة المحلول المحيط؟
Key concepts
- التوتر السطحي وطاقة السطح البيني
- نظائر الامتزاز الحرارية
- المشتتات الغروية والاستقرار
- المواد الخافضة للتوتر السطحي والتجمع الذاتي
- الطبقة المزدوجة الكهربائية
Key theories
- نظير لانغموير للامتزاز الحراري
- يؤدي الامتزاز على سطح موحد ذي عدد ثابت من المواقع المتكافئة وعدم وجود تفاعل بين الجزيئات الممتزة إلى تغطية تتشبع بالضغط أو التركيز، وهو النموذج الأساسي للامتزاز السطحي.
- نظرية DLVO لاستقرار الغرويات
- يتحكم التوازن بين قوى فان دير فالس الجاذبة وقوى الطبقة المزدوجة الكهربائية التنافرية في استقرار الغرويات المشحونة، مما يفسر سبب تكتل المشتتات عند إضافة الملح الذي يحجب التنافر.
Clinical relevance
تكمن كيمياء السطوح والغرويات وراء التحفيز غير المتجانس، والمنظفات والمستحلبات، والدهانات، والأطعمة، والمستحضرات الصيدلانية، واستقرار الأحبار والسيراميك، وسلوك الأغشية والخلايا البيولوجية، وعمليات مثل التعويم، والترطيب، ومعالجة المياه.
History
ميّز توماس غراهام الغرويات عن البلوريات في ستينيات القرن التاسع عشر؛ وضع غيبس أساسًا ديناميكيًا حراريًا للأسطح البينية، وأسس عمل لانغموير في أوائل القرن العشرين النظرية الجزيئية للامتزاز والطبقات الأحادية، وشرحت نظرية DLVO في الأربعينيات استقرار الغرويات كميًا.
Key figures
- Irving Langmuir
- Thomas Graham
- Jacob Israelachvili
Related topics
Seminal works
- langmuir1916
- adamson1997
- israelachvili2011
Frequently asked questions
- لماذا تهيمن تأثيرات السطح البيني في الغرويات ولكن ليس في المادة الكتلية؟
- جزيئات الغرويات صغيرة جدًا لدرجة أن جزءًا هائلاً من جزيئاتها يقع على السطح؛ مما يجعل نسبة مساحة السطح الكبيرة جدًا إلى الحجم، والتي لا تذكر في العينات الكتلية، تتحكم في سلوك النظام.
- ما الذي يمنع المشتت الغروي من الترسيب؟
- تحافظ القوى التنافرية بين الجزيئات، وبشكل رئيسي التنافر الكهروستاتيكي من الأسطح المشحونة والتنافر الفراغي من الطبقات الممتزة، على تباعدها ضد قوى فان دير فالس الجاذبة؛ وعندما تقل هذه التنافرات تتجمع الجزيئات ويزول استقرار المشتت.