Stuium povrchů Makrokopický a mikrokopický pohe na fázové rozhraní 1 Stuium povrchů Syabu 1. Termoynamický popi fázových rozhranní.. Smáčení pevných povrchů a možnoti jeho ovivnění. 3. Metoy měření povrchové energie a máčivoti povrchů. 4. Atomární truktura povrchů. 5. Spektrokopické metoy trukturní anaýzy povrchů. 6. Mikrokopické metoy tuia truktury povrchů. 1
Stuium povrchů Syabu 7. Aorpce átek na fázovém rozhranní. 8. Aorpční metoy tuia povrchů. 9. Povrchové monomoekuární a vícevrtvé (LB) fimy. 10. Chemiorpce a kataýza. 11. Povrchový pazmon a jeho využití v praxi (SERS). 1. Praktické metoy přípravy anorganických a organických povrchových fimů. 3 Doporučená iteratura: Stuium povrchů 1. J. B. Huon : Surface Science, Wiey, 1998. A. W. Aamon, A. P. Gat : Phyica Chemitry of Surface, Wiey, 1997 3. K. Homberg, E. : Appie Surface an Cooi Chemitry I., II., Wiey, 00 4. P. N. Praa : Nanophotonic, Wiey, 004 5. L. Kavoa, A. Parhin : Vybraná témata z fyziky povrchů, ČVUT Praha, 000 6. L. Bartovká, M. Šišková: Fyzikání chemie povrchů a kooiních outavm VŠCHT Praha, 005 (http://vyavatetvi.vcht.cz/) 4
Povrchy - termoynamický pohe povrch fázové rozhraní konenzovaná fáze pyn heterogenní vícefázová outava rovnováha v heterogenní outavě ( G 0) : a) tepená: T α T β b) mechanická: p α p β c) chemická: µ α µ β Gibbova rovnice: v + f + G µ i n i T, p, n j i 5 Povrchy mezimoekuární interakce povrchové moekuy objemové moekuy energie outavy - přitaživé interakce nižují E - opuivé interakce zvyšují E iperzní (Lononovy) interakce: Lennar-Joneův potenciá (1/6) V 4ε 1 A r B r 6 (1) 6 3
Definice povrchové energie povrchová energie - ůeek chybějících přitaživých interakcí povrchových moeku zvýšení energie outavy T, V [ J ] A m S () zvýšení energie outavy íky exitenci povrchu: A S A S S S (3) 7 Rovnováha v outavě e zakřiveným fázovým rozhraním Lapaceova rovnice - ůeek zakřivení povrchu kapiární (vnitřní) tak p p r (4) pro neférický povrch Lapaceova-Youngova rovnice: p 1 r1 + 1 r (5) 8 4
Rovnováha v outavě e zakřiveným fázovým rozhraním Důeky: 1) změna taku naycených par (rychoti vypařování) p( r) p ) změna rozputnoti o V exp rrt m (6) c( r) c o V exp rrt m (7) Otwaovo zrání rekrytaizace raženin 9 Rovnováha v outavě e zakřiveným fázovým rozhraním Důeky: 3) tvary krytaů Curie-Wuffův vztah h 1 1 h i... h i kont. (8) i m µ V h i (9) 10 5
Rovnováha v třífázové outavě Youngova rovnice (rovnováha i na fázovém rozhraní) g + g coυ (10) coυ g g (11) 11 kontaktní úhe υ Smáčení kontaktní úhe máčí nemáčí 1 6
Smáčení viv nehomogenity povrchu a) fyzikání (rnot) Wenzeova rovnice ( ) r g coυw r coυy g r koeficient rnoti (1) b) chemická Caieho rovnice coυ C f 1 coυ 1 + f coυ (13) f 1, f frakce povrchu o různém chemickém ožení coυ C f 1 coυ 1 - f pro rný povrch (f přetavuje vzuch) 13 1. Přímé metoy a) metoa nuového tečení b) metoa štěpení krytau. Nepřímé metoy a) ze závioti rozputnoti čátic na jejich veikoti viz rovnice 7 (Kevinova rovnice) b) měření máčivoti pevného povrchu kapainou - goniometricky (eící či viící kapka) - Wihemyho metoa vyvažování etičky 14 7
Dynamická Wihemyho metoa hytereze kontaktního úhu: -Θ av vzetupný (avancing) kontaktní úhe -Θ rec etupný (receing) kontaktní úhe Θ av > Θ rec aproximace Youngova rovnovážného kontaktního úhu: Θ av + Θrec Θ av ~ Θ Y rep. ΘY hytereze způobena nehomogenitou povrchu 15 Aproximativní metoy využívající kontaktní úhe 1. Zimanova metoa určení g.krit coθf( g ) pouze iperzní interakce (hyrofobní povrchy). Fowkeova aproximace tota + p + h + i + ab (14) iperzní; ppoární; hh-vazby; iinukční interakce; abaci/bae interakce obvyke pouze tota + p (15) 16 8
. Fowkeova aproximace g e počítá jako geometrický průměr: + g g λ (16) měří e pouze nepoárními kapainami za pomínky g graf závioti coθ na g ává přímku e měrnicí 17 3. aproximace poe Owene-Wenta-Kaebeho (OWK) oproti Fowkeovi je uvažována i poární komponenta: + g g p p (17) měří e věmi kapainami pár poární a nepoární kapaina nepoární kapaina má mít vyšší povrchové napětí než očekávaná honota g (methyenjoi, g 50,8 mn/m; 1-bromnaftaen, g 44,4 mn/m) p p ( coθ + 1) g + (18) metoa je citivá na výběr páru kapain 18 9
4. aproximace poe van Oeho-Chanhuryho-Gooa (vocg) Lifšic-van er Waa/aci-bae interakce tot LW + AB (19) AB + akceptor, onor měří e třemi kapainami vě poární (jena voa) a nepoární kapaina nepoární kapaina má mít vyšší povrchové napětí než očekávaná honota g (methyenjoi, g 50,8 mn/m; 1-bromnaftaen, g 44,4 mn/m) LW LW + + ( + + ) g + g LW LW + + ( coθ + 1) ( + + ) g (0) (1) 19 5. práškové materiáy Wahburnova metoa h r g coθ t 4ηh () měří e změna hmotnoti vzorku w čaem t požaovanou kapainou w co Θ t w η ρ C g A r ρ co η g Θ (3) (1) rozměrová kontanta C A r e určuje měřením e tanarní kapainou, pro niž patí jitotou, že coθ1 (hexan) 0 10