امتزاز جزيئات الفاعل بالسطح في واجهة الغاز والسائل

2023-03-11 00:01:02

يتم امتصاص جزيئات الفاعل بالسطح في السطح البيني للغاز والسائل. الشكل 7 عبارة عن رسم تخطيطي لجزيئات الفاعل بالسطح في عملية الامتزاز. عندما يكون التركيز مخففًا جدًا، تكون كمية الامتزاز صغيرة، وتكون جزيئات السطح الممتصة أقل، ويمكن أن تكون مسطحة على واجهة الغاز والسائل؛ ومع زيادة التركيز، عند التركيزات المتوسطة، يكون اتجاه الجزيئات السطحية الممتزة على سطح المحلول أكثر عشوائية، وهناك ثلاثة اتجاهات: الاستلقاء المسطح، والمائل، والمستقيم؛ عندما يستمر التركيز في الزيادة إلى الامتزاز المشبع، تقترب جزيئات السطح الممتزة تدريجيًا من الواجهة، وتشير المجموعة الكارهة للماء إلى الطور الغازي، وتشير المجموعة المحبة للماء إلى الطور السائب لتشكيل ترتيب اتجاهي محكم نسبيًا في الحالة المستقيمة؛ استمر في زيادة التركيز إلى تركيز عالٍ. إذا كان تركيز محلول الفاعل بالسطح مرتفعًا جدًا، فسيتم إضعاف تأثير رابطة الهيدروجين مع جزيئات الماء، وستنخفض القوة الدافعة لتكوين الهيدرات، وسيتم تقليل معدل تكوين الهيدرات. في الوقت نفسه، إذا كان التركيز مرتفعًا جدًا، فإن عددًا كبيرًا من جزيئات الفاعل بالسطح سوف يتجمع عند السطح البيني للغاز والسائل في المرحلة الأولية من النواة، مما يعيق تكوين الهيدرات بشكل أكبر. ولهذا السبب توجد فترة تحريض قصيرة في المرحلة الأولية في الأنظمة عالية التركيز. .

عندما يتم الوصول إلى تركيز الامتزاز المشبع، يمكن تقليل التوتر السطحي لطبقة السطح البيني للغاز والسائل بشكل فعال، بحيث تدخل جزيئات الغاز بسرعة إلى الطبقة السطحية وتصل إلى التشبع لتشكل الفقاعات، وتشكل نوى بلورات الهيدرات مع جزيئات الماء على الطبقة البينية. تحت تأثير جزيئات الماء وجزيئات الغاز، تبدأ طبقة رقيقة من الهيدرات بالتشكل على سطح النواة البلورية، مما يؤدي إلى إضافة واجهتين: السطح البيني بين الغاز والهيدرات والسطح البيني بين الهيدرات والماء. عندما يتم تقليل التوتر السطحي إلى الحد الأدنى، تشكل جزيئات الفاعل بالسطح مذيلات في المحلول. تحتوي المذيلات الخاصة بجزيئات الفاعل بالسطح ذات سلسلة الكربون الطويلة على عدد أكبر من التجمعات، وتكون المذيلات المشكلة أكبر. تجمع هذه الجزيئات المجموعات الكارهة للماء معًا، وتشير المجموعات المحبة للماء إلى الخارج لتشكل كرة. يظهر نموذج ميسيلار في الشكل.

تتحد جزيئات الماء الموجودة في المحلول مع المجموعات المحبة للماء لتشكل السطح الكروي، وتلتف جزيئات الغاز في التجويف، مما يلعب دورًا جيدًا في الذوبان. عندما تتحرك جزيئات الفاعل بالسطح إلى السطح البيني بين الغاز والهيدرات وتلامس جزيئات الغاز، تزداد مساحة التلامس بين الغاز والسائل، وبالتالي يزيد معدل نمو الهيدرات. عندما يكون طول سلسلة الكربون لجزيئات الفاعل بالسطح قصيرًا، يكون عدد مجموعات المذيلات صغيرًا، ولا يمكن تشكيل المذيلات الكروية، ولا يمكن تعزيز الاتصال بين جزيئات الماء وجزيئات الغاز بشكل فعال.

في هذا الوقت، يكون تركيز المحلول هو مجرد تركيز الامتزاز المشبع، ويتم ترتيب الجزيئات الممتزة على الواجهة في حالة مستقيمة مدمجة نسبيًا، وتشكل طبقة أحادية جزيئية كثيفة على سطح السائل، بحيث لا يمكن تشكيل الهيدرات إلا على واجهة الغاز والسائل. . ومع الزيادة التدريجية للهيدرات عند السطح البيني، فإنها ستلعب دور "التثبيت"، حيث تمنع المزيد من نقل الكتلة ونقل الحرارة بين جزيئات غاز الميثان وجزيئات الماء، بحيث ينخفض ​​معدل تكوين الهيدرات تدريجياً حتى يتوقف التكوين.