การดูดซับโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวที่ส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลว

2023-03-11 00:01:02

โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะถูกดูดซับที่ส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลว รูปที่ 7 เป็นแผนผังของโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวในกระบวนการดูดซับ เมื่อความเข้มข้นเจือจางมาก ปริมาณการดูดซับจะมีน้อย โมเลกุลที่ดูดซับที่พื้นผิวจะน้อยลง และสามารถวางราบบนส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลว เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น ที่ความเข้มข้นปานกลาง การวางแนวของโมเลกุลที่ดูดซับบนพื้นผิวบนพื้นผิวของสารละลายจะมีการสุ่มมากขึ้น และมีการวางแนวสามแบบ: การนอนราบ การเอียง และแนวตั้ง; เมื่อความเข้มข้นยังคงเพิ่มขึ้นจนถึงการดูดซับที่อิ่มตัว โมเลกุลที่ดูดซับที่พื้นผิวจะค่อยๆเคลื่อนเข้าใกล้ส่วนต่อประสานมากขึ้น กลุ่มที่ไม่ชอบน้ำชี้ไปที่เฟสของก๊าซ และกลุ่มที่ชอบน้ำชี้ไปที่เฟสที่เป็นกลุ่มเพื่อสร้างการจัดเรียงทิศทางที่ค่อนข้างแน่นในสถานะตั้งตรง เพิ่มความเข้มข้นต่อไปจนมีความเข้มข้นสูง หากความเข้มข้นของสารละลายลดแรงตึงผิวสูงเกินไป ผลกระทบของพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำจะลดลง แรงผลักดันในการสร้างไฮเดรตจะลดลง และอัตราการก่อตัวของไฮเดรตจะลดลง ในเวลาเดียวกัน หากความเข้มข้นสูงเกินไป โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจำนวนมากจะมารวมตัวกันที่ส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลวในระยะเริ่มแรกของการเกิดนิวเคลียส ซึ่งจะขัดขวางการก่อตัวของไฮเดรตเพิ่มเติม ด้วยเหตุนี้จึงมีระยะเหนี่ยวนำสั้นในระยะเริ่มแรกในระบบที่มีความเข้มข้นสูง .

เมื่อถึงความเข้มข้นของการดูดซับที่อิ่มตัว ความตึงเครียดระหว่างพื้นผิวของชั้นส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลวจะลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้โมเลกุลของก๊าซเข้าสู่ชั้นส่วนต่อประสานอย่างรวดเร็วและถึงความอิ่มตัวเพื่อสร้างฟอง และสร้างนิวเคลียสผลึกไฮเดรตด้วยโมเลกุลน้ำบนชั้นส่วนต่อประสาน ภายใต้การกระทำของโมเลกุลของน้ำและโมเลกุลของก๊าซ ชั้นไฮเดรตบาง ๆ เริ่มก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของนิวเคลียสของคริสตัล จึงเพิ่มส่วนต่อประสานสองส่วน: ส่วนต่อประสานของก๊าซ-ไฮเดรต และส่วนต่อประสานของไฮเดรต-น้ำ เมื่อความตึงเครียดระหว่างผิวลดลง โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะก่อตัวเป็นไมเซลล์ในสารละลาย ไมเซลล์ของโมเลกุลลดแรงตึงผิวสายโซ่คาร์บอนยาวจะมีมวลรวมมากกว่า และไมเซลล์ที่เกิดขึ้นจะมีขนาดใหญ่กว่า โมเลกุลเหล่านี้รวมกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำไว้ด้วยกัน และกลุ่มที่ชอบน้ำชี้ไปด้านนอกเพื่อสร้างทรงกลม แบบจำลองไมเซลลาร์แสดงไว้ในภาพ

โมเลกุลของน้ำในสารละลายจะรวมกับกลุ่มที่ชอบน้ำซึ่งก่อตัวเป็นพื้นผิวทรงกลม และโมเลกุลของก๊าซจะถูกห่อหุ้มไว้ในโพรง ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการละลาย เมื่อโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวเคลื่อนที่ไปยังส่วนต่อประสานของก๊าซ-ไฮเดรตและสัมผัสกับโมเลกุลของก๊าซ พื้นที่สัมผัสของก๊าซ-ของเหลวจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อัตราการเติบโตของไฮเดรตเพิ่มขึ้น เมื่อความยาวของโซ่คาร์บอนของโมเลกุลสารลดแรงตึงผิวสั้น จำนวนการรวมตัวของไมเซลล์จะมีน้อย และไมเซลล์ทรงกลมไม่สามารถเกิดขึ้นได้ และไม่สามารถส่งเสริมการสัมผัสระหว่างโมเลกุลของน้ำและโมเลกุลของก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในเวลานี้ ความเข้มข้นของสารละลายเป็นเพียงความเข้มข้นของการดูดซับที่อิ่มตัว และโมเลกุลที่ถูกดูดซับจะถูกจัดเรียงบนส่วนต่อประสานในสถานะตั้งตรงที่ค่อนข้างกะทัดรัด ก่อตัวเป็นฟิล์มโมโนโมเลกุลหนาแน่นบนพื้นผิวของเหลว เพื่อให้ไฮเดรตสามารถเกิดขึ้นได้บนส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของเหลวเท่านั้น . ด้วยการเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปของไฮเดรตที่ส่วนต่อประสาน มันจะมีบทบาทในการ "ตรึง" โดยปิดกั้นการถ่ายโอนมวลและการถ่ายเทความร้อนเพิ่มเติมระหว่างโมเลกุลก๊าซมีเทนและโมเลกุลของน้ำ เพื่อให้อัตราการก่อตัวของไฮเดรตค่อยๆ ลดลงจนกระทั่งการก่อตัวหยุดลง