Физические свойства неполярных жидкостей

Реферат Физические свойства неполярных жидкостей.
Содержание
Введение
Простейшими примерами неполярных жидкостей (жидких диэлектриков) являются жидкие углеводороды (керосин, нефтяные электроизоляционные масла и т.д.). Полярные жидкости – это всем известная обычная вода.
Неполярные жидкости – соединения, молекулы которых не обладают электрическим дипольным моментом, в отличие от полярные веществ. Для неполярных веществ, в сравнении с полярными, характерны невысокая диэлектрическая проницаемость (не более 10 в жидкой фазе), низкая температура кипения и температура плавления.
1. Строение молекул неполярных жидкостейВсе свойства неполярных жидкостей обусловлены строением молекул, не обладающих дипольным моментом. Молекулы неполярных жидкостей, например пентана, гексана, бензола и др., построены симметрично: или на обоих их концах расположены одинаковые углеводородные радикалы, или они образуют симметричные замкнутые кольца. Поведение таких молекул не зависит от расположения их на поверхности раздела с другой фазой. Отношение их к дипольным молекулам воды безразлично, что можно характеризовать термином «гидрофобность» и что связано с их обычно очень слабой растворимостью в воде. Вследствие этого по отношению к водной поверхности такие жидкости поверхностно-инактивны. В неполярных жидкостях между поверхностями молекул действуют ван-дер-ваальсовы силы.
2. Электрофизические свойства неполярных жидкостей.С электрофизической точки зрения наиболее важными характеристиками жидкостей являются диэлектрическая проницаемость, электропроводность и электрическая прочность.
Диэлектрическая проницаемость является истинной характеристикой жидкостей и характеризуется дипольным моментом и поляризуемостью молекул. В качестве примера - у неполярного диэлектрика гексана дипольный момент отсутствует, поляризация имеет чисто электронный характер и, вследствие этого, диэлектрическая проницаемость мала ε≈2. Трансформаторное масло, являясь смесью веществ, имеет в своем составе небольшое количество полярных молекул, обладающих дипольным моментом. Поэтому e возрастает до ~ 2,2-2,4. Касторовое масло имеет больше полярных молекул, следовательно больше ε( ≈4,5). Этиловый спирт, глицерин, вода являются представителями полярных веществ, диэлектрическая проницаемость составляет 24, 40, 81 соответственно.
Для неполярных жидкостей (ε<3) диэлектрическую проницаемость можно рассчитать, зная концентрацию и поляризуемость молекул. Для этого применяется формула Клаузиуса-Моссоттиε-1ε+2=nαε0Электропроводность жидкостей определяется ионизацией молекул, наличием в жидкости примесей особого сорта: ионофоров и ионогенов, возникновением электрогидродинамических течений, как уже рассматривалось во второй лекции. Кроме того, в жидкостях возникают т.н. двойные электрические слои.
Двойной электрический слой- образование в жидкости, на границе с другими телами (электроды, диэлектрики, несмешивающиеся жидкости), заряженных слоев с повышенной электропроводностью, причем поверхность раздела и объем жидкости приобретают заряды разного знака.
Образование двойных слоев актуально для технических жидких диэлектриков, например для транспорта по трубам горючих диэлектрических сред типа нефти, конденсата и т.д. Устранение двойных слоев может быть осуществлено только при тщательной очистке диэлектрических жидкостей от ионизирующихся примесей.
Очистка диэлектрических жидкостей может осуществляться дистилляцией, в.т.ч. под вакуумом, частичной кристаллизацией, адсорбцией, ионным обменом. При этом, как правило, уменьшается электропроводность, диэлектрические потери, возрастает электрическая прочность.
Основной примесью, дающей проводимость жидких диэлектриков является вода, а основными примесями, уменьшающими электрическую прочность являются микрочастицы, микропузырьки и та же вода. Поэтому в практике энергосистем для регенерации трансформаторного масла его фильтруют, обезгаживают вакуумированием, осушают с помощью пропускания через объем, заполненный адсорбентами (цеолитами, либосиликагелем).
Цеолиты - твердые вещества естественного или искусственного происхождения, обладающие большой удельной поверхностью за счет пор молекулярных размеров и возможностью адсорбции примесей в этих порах. Силикагель - пористый адсорбент для поглощения влаги и полярных примесей. Он обладает меньшей избирательностью по отношению к разным примесям и меньшей удельной поверхностью по сравнению с цеолитами.
Электропроводность жидкостей наиболее радикально (до 6 порядков величины по сравнению с данными из справочников) возрастает после применения нового способа очистки- электродиализа.
Электродиализ - способ удаления ионов из промежутка за счет пропускания постоянного тока при использовании ионообменных мембран, проводимость которых осуществляется только одним видом ионов: в катионообменной носители заряда - катионы, ее располагают у катода, в анионообменной носители заряда - анионы, ее располагают у анода.За счет различных способов очистки жидкостей в исследованиях удавалось получить электропроводность не выше электропроводности лучших твердых диэлектриков, а именно до 10-19 См/м.
Электрическая прочность - также, как и электропроводность, в значительной степени является технологической характеристикой жидкого диэлектрика и электродов, способов приготовления и эксплуатации изоляционного промежутка. На нее влияют не только те примеси, которые определяют электропроводность, но и форма и материал электродов, длительность импульса, наличие пузырьков. Есть несколько наиболее общих и очевидных приемов увеличения электрической прочности: дегазация жидкости, пропускание через адсорбент, пропускание через фильтр с субмикронными размерами пор. Некоторые из этих способов используются в энергосистемах для осушки и регенерации масла.
Двадцать-тридцать лет назад велись споры, является ли электрическая прочность “истинной” характеристикой жидкости. Этот вопрос достаточно принципиален. Дело в том, что если измеренная электрическая прочность является истинной характеристикой, то практически бессмысленны попытки ее увеличения. Если электрическую прочность считать технологической характеристикой, следствием протекания определенных предпробивных процессов, то резонно, что воздействием на эти процессы можно управлять электрической прочностью. Для примера рассмотрим эксперименты по пробою на постоянном напряжении замечательной диэлектрической жидкости - перфтортриэтиламина (С2F5)3N. Первые измерения свежезалитой жидкости без специальной очистки жидкости и электродов дали значения электрической прочности Епр=60-70 кВ/см, причем с ростом числа пробоев электрическая прочность слабо возрастает до 70-80 кВ/см. Если жидкость подвергнуть операциям дегазирования, обезвоживания и фильтрации, то можно получить 200-300 кВ/cм. После дополнительного проведения тренировочной серии в 20-30 маломощных разрядов электрическая прочность достигала 550-600 кВ/см. Термопластичными электроизоляционными материалами являются такие, которые, будучи твердыми в исходном, холодном состоянии, размягчаются при нагреве и растворяются в соответствующих растворителях. После охлаждения эти материалы вновь отвердевают. При повторном нагреве сохраняется их способность к размягчению и растворению в растворителях.
Заключение
Описание свойств неполярных жидкостей сводится в основном к описанию их электрофизических свойств, так как они представляют наибольший практический интерес, и именно из-за них обуславливается их практическое применение.
Список литературыФролов В.В. Химия: Учеб. пособие — М.: Высшая школа, 2001
Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высшая школа, 2001
Физическая химия. / Под ред. К. С. Краснова. 2-е изд. - М.: Высшая школа,1995.