Явления сорбции и изменения длины: теоретическое рассмотрение

Изотермы для данной системы твердое — газ должны быть обратимыми, если отсутствуют необратимые изменения в природе твердого тела или газа.

Изотермы сорбции

Следовательно, может быть только одно равновесное состояние при заданном давлении пара. Это обычно имеет место при низких давлениях пара, однако при высоких давлениях возникает проблема первичного гистерезиса, что связано с поровой структурой твердого тела и изменением в природе адсорбата.

Хорошо известное уравнение БЭТ, верное для области низких давлений, безоговорочно допускает обратимость и постоянство площади поверхности. Это тип изотерм, отнесенный к типу С, которые характеризуются тем, что восходящая и нисходящая ветви сливаются только при очень низком или нулевом давлении. Петли, характерные для изотерм типа С, найдены для некоторых графитов, глинистых минералов, материалов типа целлюлозы и гидратированных портландцементов. Явление гистерезиса при низком давлении всегда приписывается необратимому внедрению адсорбата в структуру твердого тела (имеющего слоистую структуру). Изменение расстояний между некоторыми слоями наблюдалось с помощью рентгеновских методов, но не было отмечено для гидратированных силикатов в гидротированном портландцементе, которые имеют неупорядоченные слои.

Изменение длины показывает, что большая часть сорбции в средней области связана с внедрением. Эффекты изменения длины в противоположность изменению массы при адсорбции значительны при всех относительных давлениях, однако при десорбции значительная контракция наблюдается только при 0 и ниже 10 %. Однако эффект внедрения молекул для CHsOH много ниже, чем для воды вследствие различия в относительных размерах молекул.

Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). В последнее время с успехом применялись различные методы, использующие электромагнитное излучение для определения состояния и даже ориентации молекул воды, ионов водорода и гидроксильных групп во многих материалах (например, инфракрасная, ультрафиолетовая спектроскопия и диэлектрическая адсорбция).

Метод ядерно-магнитного резонанса основан на том факте, что вещество состоит из движущихся электрически заряженных частиц с магнитными полями, связанными с их движением. Большинство этих частиц имеет дополнительное магнитное поле, вызванное их спиновым движением. Благодаря электрическим и магнитным полям заряженные частицы или связанные противоположно заряженные частицы могут быть приведены в колебательное движение с помощью переменного электромагнитного поля. Для более прочно связанных частот амплитуда колебания может быть меньше и значительно выше на определенных резонансных частотах.

При достижении резонансной частоты происходит сильное поглощение энергии. Таким образом, энергия используется не только на резонансное движение, электрических зарядов, но также и на эмиссию излучения на частоте движения во всех направлениях.

Метод ядерно-магнитного резонанса является, по существу, развитием более старых резонансных методов, в котором характеристическое излучение находится в области радиочастот. Проба подвергается воздействию электромагнитного излучения, однако в очень сильном и высоко однородном магнитном поле. Напряженность этого поля определяет узкий интервал частот, в котором проходит электромагнитное поглощение. На практике излучение обычно действует при постоянной частоте, а непрерывно изменяется напряженность магнитного ноля. Рассчитывается требуемый спектр, и равновесное изменение поглощения с изменением частоты для поля постоянной напряженности.

Группа индуктивных методов, имеющих значение для изучения состояния воды, известна как быстродействующие методы. Они основаны на том факте, что резонансное излучение пробы продолжается в течение короткого, но вполне измеримого с помощью электроники времени после удаления источника излучения. Интенсивность сигнала угасает со временем, причем важное значение имеет скорость этого угасания.

При использовании излучения в точках импульсов и соответствующего расстояния между импульсами можно получить множество чистых сигналов «индукционного затухания». Временные константы этих сигналов могут быть отнесены к фундаментальным свойствам материала.

Похожие записи