Кіріспе
Қазіргі кезеңде құрылыс индустриясының қарқынды дамуы, құрылыс материалдары өндірісі саласына жоғары сапалы материалдар өндіру міндетін қоюда. Құрылыс материалдары мен бұйымдарының негізгі қасиеттері мен төзімділігін арттыру тек қана жоғары сапалы шикізаттар мен қазіргі заманғы қондырғыларды қолдануға тәуелді болып қалмастан, құрылыс материалдарын өндіру кезінде жүретін химиялық процестерді білікті басқаруға да тәуелді. Сонымен бірге соңғы кезде құрылыс материалдары нарығында жасанды полимерлік материалдар негізіндегі бұйымдар мен құрылыс материалдарының түрлі қасиеттерін жақсартуға бағытталған химиялық қоспалардың үлесі де артуда. Яғни құрылыс техникасы тек қана құрылыс өндірісі процестерін механикаландыру бағытында ғана емес, сонымен бірге құрылысты химияландыру бағытында да, атап айтқанда жаңа материалдарды алу, құрылыста химиялық және физика-химиялық процестердің маңызын арттыру бағытында да дамуда.
Құрылысты химияландыру нәтижесінде тұтқыр заттардың қатаю процесін басқару, тұтқыр заттың тиімділігін арттыру, құрылыс материалдары өндірісінің тиімді жағдайларын анықтау, олардың оңтайлы құрамын таңдау, құрылыс материаладары мен бұйымдарының сыртқы ортаның түрлі агрессиялы факторларының әсеріне төзімділігін арттыру сияқты маңызды мәселелер шешілуде.
Жоғарыда айтылғандарға сәйкес 5В073000 «Құрылыс материалдары, бұйымдары мен конструкцияларын өндіру» мамандығы студенттері үшін құрылыс материалдарын алу кезінде жүретін химиялық және физика-химиялық процестердің жүру жағдайлары мен оларды басқару тетіктерін оқып үйренудің маңызы зор. Осы мәселені шешу мақсатында мамандықтың оқу жоспарына «Құрылыс материалдары химиясы» пәні ендірілген.
Бұл лекциялар (тезистер) жинағында «Құрылыс материалдары химиясы» пәнінен лекциялық сабақтардың қысқаша тезистері және әрбір тақырып бойынша қажетті әдебиеттер тізімі берілген.
Тақырып 1. Физикалық және коллоиты химия. Физикалық химия іргелі жаратылыстану ғылымы, оның жалпы теориялық және практикалық мәні.
Дәріс жоспары:
1. Пәннің мақсаты мен міндеттері
2. Пәннің даму тарихы
3. Құрылыс материалдары химиясының құрылыс материалдары ғылымын дамытудағы орны
4. Заттың қасиетіне әсер етуші факторлар
5. Заттың қасиетін басқарудың негізгі әдістері
Құрылыс материалдары химиясы пәні – қазіргі кезде құрылыс индустриясында қолданылып жүрген тұтқыр заттар мен олардың негізінде алынатын материалдардың құрамын, құрылысын, қасиеттерін, оларды алу жолдарын және алу кезінде жүретін химиялық құбылыстарды зерттейді.
Мақсаты: мамандарға композицицялық, конструкциялық және әшекейлік, жылуоқшаулағыш материалдарды алудың химиялық заңдылықтары мен қолданылуы, олардың құрамы, құрылымы және қасиеттерін макро- және микро-, нанодеңгейде зерретудің негізгі әдістері жайлы білімдер беру.
Пәннің міндеттері – химияның негізгі салалары: физикалық, коллойдты, аналитикалық, силикаттардың физикалық химиясы, органикалық және жоғарымолекулалы қосылыстар химиясының құрылыс материалдарын өндіру кезіндегі химиялық процестердің, қолданудың, олардың құрылымы мен микроқұрылымын оңтайландырудың, эксплуатациялық қасиеттерін жетілдірудің мәнін түсінуге мүмкіндік беретін жалпы теориялық аспектілеррін оқып үйрену..
Пәнді оқытудың негізгі міндеттері:
· Термодинамиканың бірінші және екінші заңдарынының мәнін және оларды құрылыс материалдарын өндіру кезіндегі процестер үшін қолдана білуді үйрету;
· Термохимиялық шамалар және химиялық процестердің жылу эффектілерін анықтауды білу және оларды нақты процестер үшін қолдана білу;
· Химиялық процестердің кинетикалық заңдылықтарын меңгеру және оларды құрылыс материалдарын өндіру кезіндегі процестерді басқару үшін қолдана білу;
· Көп компонентті дисперсті жүйелердің құрамы мен құрылысын өзгерту арқылы қажетті қасиеттерді қалыптастыра білу;
· Химиялық қосылыстардың сапалық және сандық талдау негіздерін үйрету;
· Термиялық анализ негізіндерін үйрету;
· Көп компонентті силикатты жүйелердің құрамын анықтау жолдарын үйрету;
· Бетондар мен құрылыс ерітінділері үшін химиялық қоспаларды таңдау негізін үйрету;
· Әшекейлік, жылу және суоқшаулағыш, байланыстырғыш заттар, суперпластификаторлар мен герметиктер ретінде пайдаланылатын полимерлерді алу тәсілдерін үйрету.
Пән негізінен физикалық химия, коллоидты химия негіздері, органикалық химия мәселелері мен химиялық қоспаларды құрылыста қолдану мүмкіндіктерін қарастырады.
Жалпы кез келген зат, оның қасиетіне сәйкес қолданылады. Ал оның қасиетінің қалыптасуы бірнеше факторларға тәуелді болады:
- заттың қасиеті оның құрамына тәуелді. Бұл негізінен құрамының тұрақтылық заңына негізделген. Прусс заңы бойынша: - Кез келген химиялық таза заттың алу жолы мен алынған орнына тәуелсіз, құрамы тұрақты болады. Бұл заңнан шығатын негізгі қорытынды заттың құрамы өзгерсе, оның қасиеті де өзгереді, яғни ол өзіне тән қасиеті бар басқа затқа айналады.
Мәселен портландцемент клинкері негізгі төрт фазадан тұрады: алит 3СаО ∙ SiO2 (C3S), белит B ∙ 2CaO ∙ SiO2(С2S), үш кальцийлі аллюминат 3СаО ∙ Al2O3 (C3A) және төрт кальцийлі аллюмоферрит 4СаО ∙ Al2O3 ∙ Fe2O3 (C4AlF).
Портландцементтің негізгі құрамы алит гидратациялану реакциясы төмендегідей жүреді:
2Са3SiO3 + 6H2O → Ca3Si2O7 ∙ 3H2O + 3Ca(OH)2 .
Түзілген гидросиликат цемент тасының негізгі құрамының өзгеруіне байланысты оның физико-механикалық қасиеттері де өзгереді. Яғни құрамның өзгеруі міндетті түрде қасиеттің өзгеруіне алып келеді. Бұл табиғаттың негізгі заңдарының бірі сан өзгерісінің сапа өзгерісі заңына да сәйкес келеді.
2. Заттың қасиетіне оның құрылымы әсер етеді. Бұл А.Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясына байланысты. Заттың құрылымы дегеніміз молекуладағы атомдардың кеңістікте орналасу ретін көрсетеді. Құрылыс материалдарының құрылысы кристалды, аморфты, ретті, ретсіз, т.б. болуы мүмкін және де материалды алу үрдісі барысындағы түрлі әсер етуші факторлар оның құрылымының қалыптасуы барысында әр түрлі кристалдардың қалыптасуына ықпал етеді. Соның нәтижесінде алынған заттың немесе материалдық қасиеттерінде ерекшеліктер пайда болады.
3. Затты алу кезіндегі термодинамикалық және кинетикалық жағдайлар.
4. Заттың құрылымдық деңгейлері.
Бақылау сұрақтары:
1. Құрылыс материалдары химиясы пәнінің мақсаты мен міндеттері
2. Химиялық технологияның ғылыми және өндірістік міндеттері
3. Заттың қасиетіне әсер етуші факторлар
Ұсынылатын әдебиеттер тізімі
1. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978
2. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.
3. ЕгембердиеваГ.А. «Синтез и исследование свойств полимеров».- Алматы.: КазГАСА, 1999г.
4. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.
5. ПисаренкоА.А. Курс коллоидной химий».Учебник.-М.: ВШ, 1978
Тақырып 2. Құрылыс материалдарындағы химиялық байланыстың табиғаты мен құрылымдық ерекшеліктері.
Дәріс жоспары:
1. Физикалық химия іргелі жаратылыстану ғылымы, оның теориялық және практикалық мәні
2. Атом құрылысының химиялық байланыс табиғатына әсері
3.Құрылыс материалдары үшін қолданылатын заттардағы химиялық байланыстың негізгі түрлері.
4. Молекула арасындағы әсерлесу күштері.
6. Заттың құрылымы.
7. Қажетті қасиеті бар заттары өніру технологиялық процестері кезінегі физикалық химияның ролі.
Физикалқ химия іргелі жаратылыстану ғылымы болып табылады. Физикалық химияның заңдылықтары негізінде заттың құрамы мен құрылымын, олардың заттың қасиетіне әсерін, заттың элементар бөлшектерін, элементар бөлшектер арасындағы әсерлесу күштерін және ол күштердің заттың құрылымына әсерін талдауға болады. Жалпы заттың құрылымы мен қастиеттеріне әсер етуші факторларды білу, заттың қасиетін басқару, затты өндіру кезіндегі технологиялық процестерді басқару арқылы, оларда қажетті қасиеттерді қалыптастыру мүмкіндігін береді.
Атомдарын химиялық қасиеттері олардың электрондық конфигурациясымен анықталады. Кез келген жүйе, соның ішінде атом да белгілі бір тұрақты күйге көшуге тырысады, яғни ең аз бос энергиясы бар күйге көшуге тырысады.
Атомдардың валенттілік мүмкіндігі сыртқы энергетикалық деңгейдегі жұптаспаған электрон саны бос орбиталар санымен анықаталады. Атомның күйі оның жалпы электрон санымен ғана емес, сонымен бірге олардың энергетикалық деңгей және деңгейшелерде таралып орналасуына да байланысты. Инертті газдардан басқа барлық атомдардың қозған күшінде бір немесе бірнеше жұптасқан электроны болады. Сондай электрондар саны жалпы атомның ең жоғарғы валенттілігін анықтайды.
Молекула бұл кез келген заттың өзіне тән қасиеттерге ие болған, жеке өмір сүре алатын ең кіші бөлшегі. Әртүрлі атомдар бір бірімен өздерінің валенттіліктеріне сәйкес байланыса отырып, заттың молекуласын құрайды.
Физикалық күштерден химимялық байланыстың негізгі ерекшелігі – оның қаныққандығында. Бұл қанығу тек атомдардың белгілі бір қатынаста әрекеттесуінде ғана емес, сонымен бірге артықша атомдардың түзілетін молекуладан тебілетіндігінде де байқалады.
Химиялық байланыстың бірнеше типі бар.
1. Гетерополярлы немесе ионды байланыс. Бұл байланыс бір-бірімен терісэлектрлік мәні бойынша үлкен айырмашылығы бар атомдардың арасында түзіледі, атап айтқанда айқын байқалатын металдық және бейметалдық қасиеті бар заттардың арасында
М: СаСl2 – кальций хлориді.
+17 Сl )2 )8 )7
+20 Са )2 )8 )8 )2 +
+17 Cl )2 )8 )7
+17 Cl )2 )8 )8 -1
+20 Ca )2 )8 )8 )0 +2
+17 Cl )2 )8 )8 -1
Бұл жағдайда атомдар арасындағы қашықтықы атомдар радиусымен салыстыруға болады, яғни 1 – 2 A0
1A0 = 10-10м
 | |||
 | |||
+
Әрекеттесудің нәтижесінде екі атом да өзіне жақын тұрған инертті газдың, яғни біршама тұрақты электрондық конфигурацияға ие болады. Түзілген иондар әртүрлі зарядталғандықтан, олар бірін-бірі электростатикалық күшпен тартып, арасында химимялық байланыс пайда болады.
2. Гомополярлы немесе ковалентті байланыс, терісэлектрлік мәні бірдей немесе айырмашылығы көп болмаған атомдар арасында түзіледі.
а) Полюссіз О2 оттегі
+
 |
δ+
б) Полюсті δ -
+
δ +
Жалпы ковалентті байланыс түзуде жеке электрондар емес, электрон бұлттары қатысады. Ковалентті полюссіз байланыс кезінде электрон бұлттарының максимальды тығыздығы әрекеттесуші атомдардың ортасында орналасады. Бұл жағдайда атомдар арасындағы қашықтық өте кіші, шамамен 1 ∙ А0.
Ионды байланыстан өзгеше ковалентті байланыс бағытталған болады. Егер электрон жұбы атомдардың біреуіне қарай ығысқан болса, онда дипольдік момент пайда болады.
 |
- 0,9 А0
 |  |
1050
Байланыстың полярлығының сандық өлшемі – мұндай молекулалардағы оң және теріс зарядтардағы ауырлық орталық арасындағы қашықтықтағы полюс диполінің туындысы – Н –диполь моменті болып табылады. Дипольдік момент шамасы жоғары болған сайын, молекулалық полярлығы артады. Мысалы, Н2О Н=1,84Д, С2Н5 ∙ ОН = 1,68Д, С6Н5 -ОН – 1,4Д. Полюссіз молекулалар үшін диполь моменті 0-ге тең. Диполь моменті затың ергішітігін анықтауда маңызды.
3. Донорлы-акцепторлы байланыс, негізінен күрделі комплексті қосылыстарда байланыс түзуші бөлшектердің бірінде байланыс түзуге қатыспаған электрон жұбы, ал екіншісінде бос орбитальдар кезінде түзілетін гидросиликаттардағы байланыстың табиғаты осы типтес.
H +
а) H : N : + H : O : H H : N : H OH -
H
Бір молекуланың құрамындағы атомдар арасындағы байланыстың түрі біртүрлі бола бермейді. Сонымен бірге олардың байланыс энергиясы да, яғни беріктігі де әртүрлі.
Ca(NO3)2 + H2O → CaОHNO3 + H+ + NO3-
Заттың молекулалары арасында да белгілі әсерлесу күші болады. Ол күштерде негізінен Ван-дер-Ваальс күштері деп атайды. Бұл күштер химимялық байланысты қалыптастыратын күштерден тек әлсіздігімен ғана емес, сонымен бірге универсалдығы және қанықпайтындығымен ерекшеленеді. Яғни атом және молекула өлшемдерімен салыстырғанда біршама алыс қашықтыққа және осы күштің әсер аймағындағы кез келген молекулаға әсер етеді. Молекулааралық күштер тұтас молекуланың қалыптасуын алып келмейді, тек олардың жақындауына ықпал етеді.
Молекулааралық күштердің үш түрі бар:
1) бағдарлық 2) десперсті 3) Индукциялы
1. Бағдарлық күштер негізінен полярлы молекулалардың арасында болады. Полярлы молекулалардағы дипольды моменттің болуы олардың кеңістікте энергетикалық жағынан қолайлы бағдарлануын қамтамасыз етеді.
Н – О - Н
׃ ׃
Н О Н Н
Н – О – Н - - О
Н
Құрылыс материалдарының құрылымы үш деңгейде зертеледі: макроқұрылым – жай көзбен қарағандағы материалдың құрылысы; микроқұрылым – микроскоп арқылы көрінетін құрылысы; молекулалық-иондық деңгейде зерделенетін заттың ішкі құрылысы (физика-химиялық зерттеу әдістері – электрондық микроскопия, термография, рентгендіқұрылымдық талдау және т.б.).
Қатты құрылыс материалдарының макроқұрылымы (өзіндік геологиялық жіктемесі бар тау жыныстарын қоспағанда) келесі топтарға бөлінеді: конгломераттық, ұялы, ұсақ кеуекті, талшықты, қатпарлы және түйіршікті (ұнтақ тәрізді). Жасанды конгломераттар өзіндік үлкен топты құрайды; бұл алуан түрлі бетондар, керамикалық және басқа да материалдар. Материалдың ұялы құрылымы макрокеуектердің болуымен ерекшеленеді, ол газ - және көбікбетондарға, газдысиликаттарға және т.б. тән. Ұсақ кеуекті құрылым, мәселен, енгізілген органикалық заттардың жану нәтижесінде алынатын керамикалық материалдарға тән болып келеді. Талшықты құрылымы ағашқа, минералды мақтадан жасалған бұйымдарға тән. Қатпарлы құрылым табақтық, плиталық және орама материалдарға тән. Түйіршікті материалдар – бұл жылу-дыбыс оқшаулайтын түрлі бетондар, ерітінділерге арналған толтырғыштар.
Құрылыс материалдарының микроқұрылымыкристалдыжәне аморфты болуы мүмкін. Бұл құрылымдар көбіне бір ғана заттың түрлі жағдайлары болып келеді, мәселен, кварц және кремнеземнің түрлі түр өзгерістері. Кристалды пішін барлық уақытта тұрақты. Силикат кірпіш өндірісінде кварцты құм мен әктің арасында химиялық өзара байланысты қалыптастыру үшін, 175°С температураға және 0,8 МПа қысымға ие қаныққан су буымен автоклавты өңдеуді қолданады, ал сол кезде трепел (кремнезем қостотығының аморфты түр өзгерісі) әкпен бірге сумен қату кезінде 15...25°С қалыпты температурада кальций гидросиликатын түзеді. Заттың аморфты құрылымы едәуір тұрақты кристалды құрылымға өте алады.
Кристалды құрылым деп – қатты фазаның кристалдануы және кристалдардың біртіндеп моно - немесе поликристалды агрегатқа бірігуі нәтижесінде пайда болған құрылымды айтады. Қалыпты жағдайда ерітіндіден немесе балқымадан кристалдану кезінде құрылымдық бөлшектер кеңістікте белгілі бір ретпен орналасқан кристалдық тор түзеді. Химиялық байланыстың әрбір түріне кристалдық тордың белгілі бір түрі сәйкес келеді: иондық, атомдық, малекулалық және металдық. Бірақ та нақты кристалдардың құрылымы, үнемі идеал жағдайдан біршама ауытқыған болады, және де ол материалдың қасиетіне әсер етеді.
Коагуляциялық құрылым деп – сұйық орта қабаты арқылы әсер ететін, әлсіз малекулааралық күштер, ван-дер-ваальс күштерінің әсерінен пайда болған құрылымды айтады. Сұйық орта, қатты тор қаңқасынан өзгешелеу, ерекше қозғалмалы кеңістік тор түзеді. Осы қозғалмалы қабықшаның әсерінен, коагуляциялық құрылымға ие материалдар, тиксотроипия қасиетіне ие болады. Тиксотропия деп – материалдың түрлі сыртқы механикалық күштердің (араластыру, сілкіту, тербелту т.б.) әсерінен сұйылып, кейіннен тыныштық күйге көшкенде өзінің құрылымы мен қасиеттерін қайта қалпына келтіру қасиетін айтады.
Конденсациялық құрылым деп – бөлшектердің тікелей әрекеттесуі немесе ковалентті және иондық байланыстардың әсерінен пайда болатын құрылымды айтады.
Бақылау сұрақтары:
1. Атом құрылысы
2. Физикалық әсерлесу күштері мен химиялық байланыстың ерекшелігі
3. Гетерополярлы және гомеополярлы химиялық байланыстар
4. Терісэлектрлік мәні, оның атомдар арасындағы химиялық байланысың табиғатына әсері
5. Молекулаарлық әсерлесу күштері
6. Молекуларалық әсерлесу күштерінің заттың агрегаттық күйіне әсері
7. Кристалдық құрылым дегеніміз не ?
8. Аморфты құрылым дегеніміз не?
Ұсынылатын әдебиеттер тізімі
1. Пащенко А.Л. «Физическая химия силикатов»-М.: ВШ, 1986.368с.
2. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978
3. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.
9. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.
Тақырып 3.Химиялық термодинамиканың негіздері.
Дәріс жоспары:
1. Термодинамика макроскопиялық жүйелердің жалпы теориялық күйі.
2. Макроскопиялық дене термодинамикалық жүйе ретінде.
3. Термодинамикалық жүйелердің түрлері. Негізгі термодинамикалық ұғымдар.
Термодинамика бұл – химиялық үрдістердің жүру мүмкіндігін, бағытын, нақты жағдайларда бастапқы заттардың соңғы өнімге өзгеруінің ең жоғарғы мүмкін болған дәрежесін және химиялық реакциялардың жылу эффектісін анықтауға мүмкіндік беретін практикалық ғылым.
Термодинамиканың ең негізгі ұғымы – жүйе. Жүйе дегеніміз қоршаған ортадан нақты немесе ойша ажыратылатын денелердің жиынтығы. Көлемі мен энергиясы тұрақты болатын жүйелер оқшауланған жүйелер деп аталады.
Термодинамика негізгі үш заңдылыққа сүйенеді. Оның бірінші заңы негізінде химиялық үрдістердің энергетикалық баланстарын есептейді. Термодинамиканың бірінші заңы энергияның сақталу заңының нақты жүйеге байланысты қолданылуы болып табылады.
Жүйенің бір күйден екінші күйге өту жолына емес, тек жүйенің бастапқы және соңғы күйіне тәуелді болатын параметрлер – жүйе күйінің функциясы деп аталады. Мысалы: бұған дененің ішкі энергиясын жатқызуға болады (потенциялық+кинетикалық энергия) немесе +20оС температурада сұйық су мен онымен тепе-теңдікте болатын су буын алуға болады. Су – бу жүйесі нақты параметрлерге: қысым, көлем температураға ие. Егер біз суды қыздырсақ онда судың барлық мөлшері буға айналады. Түзілетін су буы басқа параметрлермен (температура, қысым, көлем) сипатталады. Бұл кездегі су молекулаларының ішкі энергиясы өзгеріп, соңғы күймен анықталады. Жүйенің белгілі бір үрдістерге қатысуы оның ішкі энергиясының ΔU –өзгеруіне алып келеді. Бірақ ΔU шамасы бұл өзгерістер: U1 – а – U2 немесе U1 – в – U2 жолымен жүзеге асуына тәуелді болмайды, тек жүйенің бастапқы U1 және соңғы U2 ішкі энергияларына ғана тәуелді болады:
ΔU=U2 - U1
Сондықтан жүйенің ішкі энергиясын сипаттау үшін оның әр түрлі күйлердегі ішкі энергиясының мәнін білу жеткілікті. Жүйенің бастапқы күйіне қайтып әкелетін тұйық үрдістер үшін Δ U мәні нольге тең.
Ішкі энергиядан басқа термодинамикада жұмыс және жылу ұғымдары қолданылады.
Жылу дегеніміз микробөлшектердің ретсіз қозғалысы негізінде берілетін қозғалыс. Бұдан өзгеше жұмыс, бөлшектердің өте үлкен санынан тұратын макроскопиялық массалардың белгілі бір күштің әсерінен болатын ретті қозғалыс формасы болып табылады.
Бақылау сұрақтары:
1. Химиялық термодинамика, оның жүйе күйін сипаттаудағы маңызы
2. Жүйе, оның түрлері
3. Жүйе күйін сипаттаушы параметрлер
4. Жүйе күйінің параметрлері
5. Жылу және жұмыс
Ұсынылатын әдебиеттер тізімі
1. Пащенко А.Л. «Физическая химия силикатов»-М.: ВШ, 1986.368с.
2. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978
3. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.
4. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.
5. ПисаренкоА.А. Курс коллоидной химий».Учебник.-М.: ВШ, 1978
Тақырып 4.Жылу және жұмыс. Термодинамиканың бірінші бастамасы. Ішкі энергия.
Дәріс жоспары:
1. Жылу және жұмыс
2. Термодинамиканың бірінші бастамасы
3. Гесс заңы және оның салдары.
4. Термодинамикалық процесс. Өздігінен жүретін, өздігінен жүрмейтін, қайтымды және қайтымсыз процестер
5. Энтропия
Q жылу мен А жұмыс жүйе күнінің функциясы бола алмайды, себебі ол өзгерістің жүру жолына тәуелді болады. Мысалы: газдың ұлғаюы, оның қысымы Р мен көлемі өсуінің көбейтіндісіне тең.
A=pΔV
Термодинамиканың бірнеше бастамасының теңдеуі энергияның сақталу заңының математикалық бейнелеуі болып табылады:
Q=ΔU+A
яғни жүйеге берілген жылу оның ішкі энергиясының өсуі мен жүйенің жұмыс жасауына жұмсалады.
Жылу да жұмыс сияқты жүйе күйінің функциясы бола алмайды, бұл екі шама жүйеге емес, үрдіске тиісті.
Жылу екі түрлі жағдайда жүйе күшінің функциясына айналуы мүмкін:
1) Изохоралық үрдіс, яғни көлем тұрақты болған үрдіс кезінде:
V=cons A=pΔV=0 болады
соған сәйкес 4.3 теңдеу мынандай түрге ие болады:
Q=ΔU (4.4)
яғни барлық жылу ішкі энергияның өзгерісіне жұмсалады.
2) Изоборалық үрдіс, яғни тұрақты қысым жағдайында жүретін үрдіс кезінде:
p=const A=p(V2 – V1)
яғни жұмыс өзгеріс жолына емес, оның бастапқы және соңғы күшіне тәуелді болады. Бұл жағдайда 4.3. теңдеу мынандай түрге ие болады.
Qp = U2 – U1 + pV2 – pV1
U+pV=H бұл жүйе күшінен жаңа функциясы, энтальпия деп аталады. Сонда:
Q= H2 – H1 =ΔH
Гесс заңы бойынша химиялық реакциялардың жылу эффектісі үрдістің аралық сатыларына емес, тек әрекеттеуші заттардың бастапқы және соңғы күйіне ғана тәуелді болады.
Энтальпия мен реакция жылуының арасында мынадай тәуелділік бар:
ΔH = - Q
ΔH=0 болатын стандартты күй ретінде элементтерден 1 атом қысым және 25оС температура кезіндегі энтальпия мәні алынған.
Осыған байланысты химиялық термодинамикада, химияда қолданылатын таңбаларға қарсы таңбалар қолданылады, соған сәйкес қосылыстың түзілуі кезінде элементтен жылу бөлінетін үрдістер үшін (экзотермиялық) энтальпия теріс мәнге ие болады. Энтальпияның стандартты мәнін қолдану кезінде заттардың агрегаттық күйіне көңіл бөлу қажет.
Мысалы: CaO(қ) + СО2 (2) → СаСО3(қ) реакциясының жылуын есептеу қажет.
 | ||
 |
Кез келген реакцияның ΔH мәні реакция өнімдері (СаО(қ) : СО2(Г)) түзілу жылуларының айырмасына тең. Сонда:
ΔH=-1208,61 – (-636,46 + -394,07) = -178,07 кДж
Термодинамикада химиялық үрдістердің жүруін анықтау үшін химиялық байланыс энергиясы мен кристалдық тор энергиясын білу арқылы заттық, қаттылығы, беріктігі, термотұрақтылығы, гидратацияға бейімділігі, еріткішке туыстығы жайлы қорытынды жасауға болады.
Изохоралық және изоборалық үрдістермен бірге химияда изотермиялық үрдістердің де маңызы зор.
Z = const болған жағдайда, жүйенің атқаратын жұмысы мына формулалармен анықталады.
(а)
(б)
 |
(в)
Бақылау сұрақтары:
1. Термодинамиканың бірінші заңының маңызы
2. Энтольпия, оның өзгерісі, энтальпия өзгерісінің процесті талдаудаңы мәні
Ұсынылатын әдебиеттер тізімі
1.Пащенко А.Л. «Физическая химия силикатов»-М.: ВШ, 1986.368с.
2. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978
2. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.
3. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.
4. ПисаренкоА.А. Курс коллоидной химий».Учебник.-М.: ВШ,
Тақырып 5-6.Термодинамиканың екінші және үшінші бастамалары
Дәріс жоспары:
1. Термодинамиканың екінші бастамасының статикалық сипаттамасы.
2. Термодинамикалық тепе теңдік.
3. Гиббс заңы бойынша жүйе тұрақтылығының шарты.
4. Метастабильдік күй. Химиялық тепе теңдік.
Термохимия негіздері
Үрдістің бағыты мен оның жүру шегін анықтау үшін термодинамиканың бірінші заңынан басқа заң қажет болады. Кез келген үрдіс тепе теңжіктің пайда болу бағытында жүреді. Тепе теңдік кез келген жүйеге тән, және де үрдістер міндетті түрде тепе теңдік жағдайға қарай ұмтылады. Мәселен спирт пен су шексіз араласады, бірақ қабаттарға бөлінбейді, себебі еріген күй тепе теңдік күйге сәйкес келеді. Жылу ыстық денеден суық денеге екі дененің температурасы теңескен жағдайға дейін өтеді.
Жүйенің тепе теңдік күйі деп төмендегі сипаттамаларға жауап беретін күйді айтады.:
-сыртқы ортаның жағдайлары тұрақты болған жағдайларда уақытқа тәуелсіз күйдің өзгермейтіндігі:
-динамикалық қозғалғышпен (тепе теңдік бұзылғанда оның қайта орнына келуі)
Егер тепе теңдік күйге тура және кері бағыттағы реакциялардың жылдамдықтары негізінде сипаттама берсек, онда ол реакциялардың тоқтағандығы жайлы емес, оларың жылдамдықтары теңескендегі жайлы айту қажет.
а) CaCО3 ®CaО+CО2
б) кеуекті материал капиллярларындағы су қысымы ® атмосферадағы ылғалдылық.
Бірақ термодинамика бұл үрдістердің жүру жылдамдығын емес, белгілі бір үрдістің жүру мүмкіншілігі, яғни нақты осы жүйе үшін тепе-теңдік жағдайын зерттейді.
Термодинамиканың екінші заңын тұжырымдау үшін, үрдістердің неліктен нақты осы бағытта жүретіндігін, неге тепе-теңдік күй болатындығын сипаттайық. Кез келген үрдіс ықтималдылығы төмен күйден, ықтималдығы жоғары күй бағытында жүреді. Демек жүйенің әрбір күйі осы мүмкін болған күйге көшу жолдарымен сипатталатын термодинамикалық ықтималдылығы төмен күйден, ықтималдылығы жоғары, ретті күй бағытында жүреді.
Жүйенің белгілі бір күйге көшу ықтималдылығы мына формуламен есептеледі:
w=ыңғайлы әдістер саны / әдістердің жалпы саны.
Мысалы: егер біз ыдысқа бір малекула жіберсек оның ыдыстың белгілі бір жартысында болу ықтималдылығы 1/2 тең. Ал егер 1 моль малекула жіберілсе олардың бір нүктеде болу ықтималдылығы (1/2) N= (1/2)6,02*1023
Осылайша жүйе күінің тағы да бір функциясы болады - w ықтималдылық. Екіншіден үрдістер ықтималдылығы төмен бағыттан, ықтималдылығы жоғары бағытқа қарай жүреді, себебі ол жүйенің тепе-теңдік күйіне сәйкес келеді. Жүйе күйінің функциясы ықтималдылық белгілі бір үрдістің жүруіне немесе жүрмеуін анықтауға мүмкіндік береді.
Ықтималдылықты есептеулерде қолдану өте қиын, сондықтан Больцман жүйе күйінің басқа функциясы S-энтропияны енгізді. Энтропия ықтималдылық пен қарапайым қарым-қатынаспен байланысқан.
S=R Ln w
Яғни энтропия Болбцман тұрақтысына көбейтілген логарифмделген ықтималдылық. Энтропияны жүйедегі ретсіздіктің өлшемі ретінде қарастыруға болады.
Термиялық шамалар мен энтропия мына тәуелділікпен байланысқан.
DS=DQ/T (9)
Тұрақты температура мен қысымда жүретін химиялық реакциялар үшін термодинамиканың екінші заңы мына теңдеумен сипатталады.
DH=DG+TDS (10)
Мұндағы H-энтольпия, G-гиббс энергиясы, (гиббс энергиясы дегеніміз жүйенің жұмысқа айналуы мүмкін болған энергияның ең көп бөлігі) S-энтропия, T-абсолют температура. Термодинамиканың екінші заңымен негізгі мазмұны нақты қайтымды үрдіс жағдайында да жұмысқа тек жылудың белгілі бір бөлігі ғана айналуы мүмкін, ал қалған бөлігі жұмыс жасамай жоғалады.жүйе энтропиясының артуы жүйенің ықтималдылығы төмен күйден, ықтималдылығы жоғары күйге өтуін сипаттайды.
Қайтымсыз үрдістер үшін:
dS>dQ/T (11)
Химиялық реакциялардың энтропиясын анықтау үшін мына теңдеу қолданылады:
DS=SS р. ө. -SS б. з. (12)
М: Ca (OH)2 (қ)+ Са 2 (т) ®Са СО3 (қ) +Н2О(с)
DS Ca (ОН)2 (қ)=+76,86 кДж/(моль*град)
DS Co2 г=213,94Дж/(моль*град)
DS Ca CO3 (қ)=39,81Дж/(моль*град)
DS H2O(с)=70,06Дж/(моль*град)
DS=(76,86+213,94)-(39,81+70,06)=290,8-109,87=180,93Дж/(моль*град)
Яғни үрдіс өздігінен жүреді.
Жүйе энтропиясының өзгерісі арқылы үрдістің жүру бағытын анықтауға болады. Оқшауланған жүйелерде DS>0 энтропияның артуы бағытындағы үрдістер өздігінен жүреді. Тепе-теңдік орнағанда энтропия ең жоғары мәнге ие болып, он үрдісі нолге тең болады (S=0).
Термодинамиканың үшінші заңының негізін құрайтын жайттар арқылы,энтропияның абсолютты мәнін анықтауға болады. Энтропияның мәні стандартты шамалар кестесінде беріледі.
Бірақ та көптеген үрдістер ашық ьжүйелерде жүреді, бұл жағдайда энтропияда қолдану қиын. Мұндай жүйелер үшін жүйе күйінің басқа функциясы , тұрақты көлемдегі бос энергия немесе Гиббс энергиясы қолданады. Термодинамиканың бірінші заңының теңдеуін, екінші заңының теңдеуімен біріктіріп мынадай теңдеу аламыз.
Tds³du+s 10 а
немесе
sА³Тds-du б
Тампература тұрақты болған жағдай үшін 10 теңдеуде мына түрде жазуға болады:
sA£-d (U-TS) 11
U-TS қатынасы тұрақты көлемдегі жүйе күйінің функциясы, бос энергия деп аталады. (Fv)
Fv бос энергия немесе Гибсс энергиясы дегеніміз, жүйенің қайтымды изотермиялық процесс кезіндегі жұмысқа айналуы мүмкін болған энергияның ең көп бөлігі. Бірақ көпьеген химиялық үрдістер тұрақты қысым және көлемде жүреді. Сондықтан 11 теңдеуді өзгерте отырып тұрақты температура жағдайындағы бос энергияны, немесе изобаралық потенциялды шығарамыз. Ашық жүйелер үшін тепе-теңдік күйі, ең азбос энергияға ие болған күй болып есептеледі.
Z=Fv+pV 13
Бос энергияның өзгерісі үрдістің бағытын және тепе-теңдігін анықтауда маңызы зор.
DZ=SDH-TSDS 14
Мысалы: СаОк+СО2 (2)=СаСО3
DН°298=(-636,46:-394,07 және -1208,61кДж/моль)
DS°298=(39,81:213,94 және 93,02 Дж/моль*К)
DZ°298=(-1208,61-(-636,46+(-394,07)-298(93,02-(39,81+213,94))=-130,2 кДж/моль
Яғни бұл реакция бос энергияның азаюы бағытында жүреді, яғни өздігінен жүреді.
Енді осы реакция үшін қандай температурада тепе-теңдік орнайтынын анықтайын. Тепе-теңдік жағдай бос энергия өзгерісінің ең аз мөлшеріне, яғни DZ=0жағдайына сәйкес келеді. DZ=0 жағдайы үшін.
Q=(DHөнімі- DHбаст)-Т (DSөнім-DSбаст)
Т=DHөнім=DHбаст/DSөнім-DSбаст=178,075/160,73=1100К
Немесе t=1100К-273=877°с
Осылайша тұйық жүйелер үшін энтропияның өсуі үрдістің тепе-теңдік бағытында жүретіндігін көрсетеді. Ал ашық жүйелер үшін тұрақты көлемдегі бос энергиямен термодинамикалық потенциалды қолданған тиімді. Бұл функциялардың төмендеуі үрдістің тепе-теңдік бағытында жүретіндігін корсетеді, ал DFv=0 және DZ=0 жағдай тепе-теңдік күйіне сәйкес келеді. Дипольдік моментке тәуелді болған бағдарлықкүштер температура төмендеген сайын артады.
Е=3/2 RT
Мұндағы: Е-жылулық қозғалыс энергиясы
R-больцман тұрақтысы
T-абсолют температура
2.Дисперстік күштер негізінен дипольдік моментке ие болмаған малекулалар арасында болады.
3.Индукциялық күштер дипольдік моментке ие малекулалармен молярсыз малекулалар арасында түзіледі.
Бақылау сұрақтары:
1. Энтальпия мен реакция жылуының арасындағы байланыс
2. Изобаралық және изохоралық процестер кезіндегі жылу және жұмыс
3.Энтропия, оның өзгерісі, процесс бағытын анықтаудағы мәні
4. Ықтималдылық, оның мәні
5. Қайтымды және қайтымсыз процестер
6.Термодинамиканың екінші бастамасының мәні
7. Гиббс энергиясының өзгерісі арқылы процесті талдау жолдары
8. Метастабильді күй, оның құрылыс практикасындағы маңызы
9. Химиялық тепе-теңдік температурасын анықтау жолдары
Ұсынылатын әдебиеттер тізімі
1. Пащенко А.Л. «Физическая химия силикатов»-М.: ВШ, 1986.368с.
2. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978
3. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.
4. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.
5. ПисаренкоА.А. Курс коллоидной химий».Учебник.-М.: ВШ, 1978
Тақырып 7.Беттік қабаттардағы зат күйінің ерекшеліктері.
Дәріс жоспары:
1. Термодинамикалық тұрақсыздық.
2. Қатты және сұйық денелердің беті.
3. Беттік керілу. Адсорбция.
4. Ленгмюр изотермиясы.
Кез келген фазалардың шекарасы, шекараланатын фазаларың ішкі бөлімдерінен өздерінің физика химиялық қасиеттері бойынша ерекшеленеді. Бұл ерекшелік фазалар шекарасындағы беттік бос энергияның артық мөлшерде болуымен сипатталады.
Мәселен сұйықтықтың ортасында орналасқан молекулаларға оның жан-жағында орналасқан молекулалардың тарту күші әсер етеді. Молекулааралық тарту күші өте жақын қашықтықтарға әсе ететін болғандықтан, молекулалар тек өзінің айналасында орналасқан молекулалардың ғана, әсерін ғана сезеді. Ал бұл жағдайдағы молекулалардың жалпы әсер күші нөлге тең болады, сондықтан молекланың сұйықтың ішінде орын ауыстыруы үшін, жұмыс жасаудың қажеті болмайды.
Ал молекуланы сұйықтың бетіне алып шықсақ, онда молекулалардың теңәсерлі күші теңеспей қалады. Бұл газ тәрізді фазадағы молеклалардың бір-бірінен өте алыс қашықтықта орналасқандығынан, олардың арасындағы әсерлесу күші мардымсыз болуына байланысты болады. Сондықтан сұйық-газ фазалар шекарасында орналасқан молекулаға тек қана сұйық фаза жағынан ғана тарту күші әсер етіп, ал газтәрізді фаза жағынан оны теңестіретін күш болмайды. Демек сұйық фаза мен газтәрізіді фаза шекарасында орналасқан молекулалар, тек сұйық фаза жағынан ғана тарту күшін сезінеді. Олар үшін молекуларалық тарту күшінің жалпы жиынтығы нөлге тең емес және ол сұйық фазаға қарай бағытталған.
Барлық молекулалардың 1см2 сұйықтықтың бетіне әсер етуші теңәсерлі күші, молекулярлы немесе ішкі қысым деп аталады. Судың ішкі қысымы 15000 атм., ал бензолда 4000 атм. тең. Демек кез келген сұйықтың бетіне, молеклааралық әсерлесуші күштердің теңеспегендігіне байланысты пайда болатын және молекулаларды сұйық фазаның ішіне қарай тартуға тырысатын үлкен қысым әсер етеді. Яғни жаңа фазалар шекарасын қалыптастыру үшін, молекулалардың тарту кұшіне қарсы жұмыс жасау қажет.
Фазалар шекарасының 1см2 бетін түзу үшін жасалатын жұмыс немесе соған эквивалентті болған 1см2 бетік бос энергия бетттік кернеулілік деп аталады. Ол σ таңбасымен белгіленіп, эрг/см-2 шамасымен өлшенеді.
Беттік кернеулілілікті анықтаудың бірнеше әдістері бар:
- көпіршіктердің пайда болуының ең үлкен қысымы әдісі (Ребиндер приборы);
- тамшыларды есептеу әдісі (сталагмометр);
- сұйықты капиллярлық көтеру әдісі.
Заттардың фазалар шекарасында концентрациялануы адсорбция деп аталады.
Адсорбцияланушы зат адсорбтив, ал адсорбциялағыш зат адсорбент деп аталады.
Адсорбция – бұл беттік бос энергияны төмендету арқылы өздігінен жүретін процесс. Белгілі концентрациядағы ерітіндінің беттік кернеулілігін біле отырып, фазалар шекарасындағы адсорбцияны есептеуге болады. Беттік кернеуліліктің төмендеуімен жүретін адсорбция үрдісінің теңдеуін Гиббс енгізген:
Г=- dσ| dc ∙ c| RT
Гиббс теңдеуін төмендегідей жолмен шығаруға болады. Белгілі С (моль/л) конйентрациядағы және σ (эрг/см2) беттік екрнеуліліктегі ерітіндіні алайық. Ерітіндінің өзінің буымен фазалар шекарасы S меншікті беттік ауданға және 1моль еріген затқа ие болсын. Онда:
Г= 1| S моль/ см2
болады.
Егер фазалар шекарасына заттың өте аз мөлшерін өткізсек, онда беттік кернеулілік dσ мәніне өзгереді. Сонда беттік энергияның өзгерісі мынаған тең болады: dFs = dsS. Бұл өзгеріс осмостық қысымның, затты ерітіндінің көлемінен фазалар шекарасына алып өтуі нәтижесінде жасалған жұмыс нәтижесінде алынған. Егер ерітіндінің көлемі V, ал осмостық қысымның өзгерісі dπ тең болса, онда атқарылған жұмыс:
V dπ = RT dc тең болады.
Демек dsS =─ RT dc/c болады. Г орнына 1| S қою арқылы,
ds/Г =─ RT dc/c аламыз, одан
Г=- dσ| dc ∙ c| RT шығады.
Гиббс теңдеуінен dσ| dc туындысының мәні теріс болғанда, яғни беттік кернеулілік төмендегенде, Г адсорбция оң мәнге ие болатындығы көрінеді. Беттік кернеуліліктің мәні, ерітіндінің концентрациясы артқан сайын төмендейді.
Флотация – дегеніміз заттың талғамды түрде шайылуы болып табылады. Бұл құбылыс негізінен рудаларды байыту кезінде кеңінен қолданылады. Флотация түрлі сұйықтардың, әр түрлі ұнтақтарды талғамды шайу мүмкіндігіне негізделген.
Газ тәрізді заттардың қатты бетке сорбциялану төрт түрлі жағдайда жүруі мүмкін:
1.Біріншіден газтәрізді заттардың қатты затқа сорбциялануы беттік құбылыс адсорбция арқылы жүруі мүмкін. Газдың немесе будың адсорбциялануының бірнеше ерекшеліктері бар: олардың үлкен жылдамдықпен жүруі; қайтымдылығы; температураның көтерілуімен адсорбцияның төмендеуі.
2.Газтәрізді заттардың қатты немесе сұйық заттарға жалпы көлемі бойынша сорылу үрдісі, абсорбция деп аталады.
3.Газдар мен су буын кеуекті материалдар сорбциялаған кезде, капиилярлық конденсация құбылысы байқалады. Бұл жағдайда су буының адсорбциялық қабаты сұйықтыққа конденсацияланады. Егер сұйықтық адсорбенттің бетін жақсы шаятын болса, онда капиллярларда ойыс мениск пайда болады. Содан соң, осы менискінің бетінде қалған бу конденсациялана бастайды да, соның нәтижесінде адсорбенттің барлық кеуектері сұйықпен толады. Капиллярлық конденсация бұл екінші реттік құбылыс. Бұл адсорбциялық күштердің есебінен емес, су буының ойыс мениске тартылу күшінің есебінен жүреді.
4. сорбциялық процестің төртінші түрі хемеосорбция, яғни газдардың қатты адсорбенттермен химиялық әрекеттесуі. Хемеосорбция негізінен жаңа фазаның түзілуімен жүреді. Хемеосорбция негізінен қайтымсыз процесс.
Бақылау сұрақтары:
1. Термодинамикалық тұрақсыздық, оған әсер етуші факторлар
2. Беттік бос энергияны төмендету жолдары
3. Беттік кернеулілік, оның беттік бос энергияны төмендетудегі ролі
4. Флотация процесінің мәні
5. Адсорбция құбылысының мәні, құрылыс индустриясындағы қолданылуы
Ұсынылатын әдебиеттер тізімі
1. Пащенко А.Л. «Физическая химия силикатов»-М.: ВШ, 1986.368с.
2. Киреев В.А. «Краткий курс физической химии».-Учебник.-М.: ВШ, 1978
3. Горшков В.С. «Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений». М.: ВШ, 1988г.336с.
4. Ратинов В.Б. Химия в строительстве. М.: Стрйиздат, 1977г.
5. ПисаренкоА.А. Курс коллоидной химий».Учебник.-М.: ВШ, 1978
Тақырып 8.Қатты дене газ және қатты дене сұйық шекарасындағы адсорбция. Беттік белсенді заттар.
Дәріс жоспары:
1. Фазалар шекарасындағы өздігінен жүретін процестер
2. Адсорбция құбылысының мәні, оны басқару
3. Беттік белсенді жастар
Жоғарыда айтылғандай беттік кернеулілік дегеніміз фазалар шекарасының 1см2 бетіндегі беттік бос энергия. Егер бол бос энергияны фазалар шекарасы бетінің ауданына көбейтсек, онда нақты осы гетерогенді жүйенің беттік бос энергиясын алуға болады.
Fs = S×s.(эрг)
Жалпы фазалар арасындағы беттік айырмашылық көп болған сайын, фазалар шекарасында жинақталған беттік бос энаргия жоғары болады. Сондықтан кез келген коллойдты жүйелер, массивті денелермен салыстырғанда беттік бос энергияның үлкен қорына ие. Дисперсті фаза бөлшектерінің өлшемдері кіші болған сайын, олардың меншікті бетінің ауданы жоғары, соған сәйкес фазалар шекарасында жинақталған беттік бос энергияның қоры да жоғары болады.
Термодинамикадан белгілі болғандай, беттік бос энергияның қоры жоғары жүйелер, термодинамикалық тұрғыдан тұрақсыз, сондықтан ол жүйелерде беттік бос энергияны төмендетуге бағытталғын өздігінен жүретін процесстер болады.
Сондықтан барлық коллойдты және диспесті жүйелер термодинамикалық тұрақсыз, оларда өздігінен: коагуляция- бөлшектердің іріленуі, бөлшектердің жабысуы мен коалесценциясы (бірігу) сияқты процестер өздігінен жүреді. Коагуляция мен коалесценция нәтижесінде фазалар шекарасы бетінің ауданы S азаяды, соған сәйкес Fs = S×s беттік бос энергияның мөлшері төмендейді.
Коллойдты немесе дисперсті жүйенің тепе-теңдік күйіне, бұл жүйенің толық қабаттарға бөлінуі, яғни екі фазаға бөлініп, тұнуы сәйкес келеді.
Fs = S×s → min қатнасынан бос энергияның ең төменгі мәніне екі түрлі өздігінен жүретін процестердің нәтижесінде қол жеткізуге болатындығына көз жеткіземіз.
- фазалар шекарасы бетінің ауданын төмендету арқылы (S→ min)
- фазалар шекарасы ауданы тұрақты болған жағдайда, беттік кернеілілікті төмендету арқылы (s → min).
Яғни беттік кернеулілікті төмендету процесі де беттік бос энергияны төмендетуге бағытталған болғандықтан, өздігінен жүретін процесс болып табылады. Бұндай процеске фазалар шекарасы бетінде заттың концентрациялануына бағытталған, адсорбция процесі жатады.