Межатомные и молекулярные силы

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Межатомные и молекулярные силы

30.09.2020

Явления, происходящие при флотации, основаны на определенных физических и химических взаимодействиях всех элементов и соединений, входящих в состав жидкой, твердой и газообразной фаз флотационной пульпы. При этом решающее значение имеют так называемые поверхностные явления, локализованные вблизи поверхностей раздела фаз.

Молекулярный механизм и физическая природа флотационных взаимодействий определяются действующими межатомными и молекулярными силами.

Межатомные и молекулярные силы, определяющие свойства минералов, воды, реагентов и их взаимодействие, имеют электрическую природу. Взаимное притяжение молекул и атомов обусловлено расположением и движением в них электрических зарядов. При этом возникают разные силы и, следовательно, разные типы связей.

Между ионами действуют электростатические силы, подчиненные закону Кулона: сила притяжения двух разноименных ионов пропорциональна их зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Возникающая при этом связь называется ионной (или «полярной», «электровалентной»).

Ион может притягивать не только другие ионы с обратным знаком, но и электрически нейтральные, так называемые полярные молекулы, в которых заряды расположены несимметрично. Молекулы в этом случае ориентируются так, что к иону обращена та их часть, которая имеет противоположный заряд.

Одной из разновидностей ионной связи является так называемая водородная связь, играющая, по мнению ряда исследователей, особенно существенную роль при ассоциации молекул воды.

Природа водородной связи еще полностью не выяснена. Считают, что водородная связь образуется в тех случаях, когда атом водорода находится между двумя электроотрицательными атомами другого элемента и взаимодействует с ними. Энергия водородной связи равна примерно 5—7 ккал/моль, т. е. она немного больше энергии обычных вандерваальсовых связей, но мала по сравнению с энергией химических водородных связей.

Примерная структура ассоциации молекул воды благодаря водородным связям (пунктир), при наличии обычных ковалентных связей кислорода с водородом (сплошные линии), следующая:
Межатомные и молекулярные силы

Важным видом связей является так называемая ковалентная («неполярная», «гомеополярная») связь, образующаяся между незаряженными атомами за счет общности отдельных электронов, находящихся во внешних оболочках атомов. Отдельные ковалентные связи располагаются характерным образом в пространстве.

Металлическая связь образуется валентными электронами, часть которых становится обшей для всех связываемых атомов. Высокая подвижность этих электронов придает веществу свойства, характерные для металлов — электропроводность, теплопроводность и др.

Ионные, ковалентные и металлические связи объединяют атомы в молекулы; поэтому их иногда называют «химическими связями». Сила этих связей очень велика.

К другой группе сил, так называемых вандерваальсовых, или когезионных, относятся силы, возникающие между электрически нейтральными атомами или молекулами. Эти силы возникают между полярными или поляризуемыми молекулами потому, что при сближении они взаимно ориентируются так, что разноименные заряды сближаются, а одноименные — удаляются один от другого. В общем случае притяжение между электронейтральными молекулами имеет три составляющие: ориентационную индукционную и дисперсионную. Первая обусловлена собственной постоянной полярностью молекул (величиной их дипольного момента); вторая — индуцированной полярностью (поляризуемостью) молекул; третья возникает вследствие специфического квантово-механического эффекта, также связанного с поляризуемостью молекул. Значение каждой из этих составляющих зависит от структуры взаимодействующих молекул. Первые две составляющие (электростатические) имеют наибольшее значение для гетерополярных (ионных) молекул; притяжение гомео-полярных молекул в основном обусловлено дисперсионными силами.

Величина вандерваальсовых сил очень резко убывает с увеличением расстояния. Это снижение пропорционально четвертой и даже шестой степени расстояния. Заметное действие вандерваальсовых сил распространяется только на очень малые расстояния — примерно 5 А. Это отличает их от электростатических сил. От химических сил вандерваальсовы силы отличаются малой избирательностью и меньшей насыщаемостью.

Полярность веществ, имеющая огромное значение для всех флотационных явлений, определяется особенностями состава и строения веществ. Если взаимодействующие атомы имеют одинаковую электроотрицательность, то полярность пропадает. Чем больше различие в электроотрицательности атомов, тем выше полярность вещества.

Молекулы аполярных веществ характеризуются двумя особенностями: неспособностью к обмену электронами, которые являются общими для двух или нескольких атомов данной молекулы и не переходят к другим атомам, и симметричным строением. вследствие чего их свойства по отношению к другим веществам не зависят от того, как их молекулы расположены в пространстве. Эти особенности аполярных веществ придают им определенные свойства: они не диссоциируют на ионы при растворении; химически малоактивны; крайне слабо притягивают молекулы воды, т. е. гидрофобны; поверхностная активность их очень невелика. Примером аполярных веществ являются углеводороды — жиры и масла. Радикалы реагентов-собирателей имеют характерные аполярные свойства.

Свойства полярных веществ противоположны свойствам аполярных. Молекулы полярных веществ способны обмениваться электронами с другими молекулами вследствие несимметричности строения. Полярные молекулы, находящиеся в неоднородном силовом поле, воздействуют на окружающие молекулы в зависимости от их взаимного расположения. Полярные вещества обладают большой химической активностью, большей частью хорошо растворимы в воде и всегда смачиваются ею (гидрофильны). К полярным веществам относятся; вода, соли, органические кислоты и др.

У гетерополярных веществ в одной молекуле совмещаются свойства как аполярных, так и полярных веществ. Типичными полярными группами являются гидроксильная, карбоксильная, амидогруппа, тиогруппа и др. Характерной особенностью адсорбции этих молекул является их определенная ориентация в поверхностном слое.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: