
- •Лекция № 31-33. Физико-химия дисперсных систем
- •1. Классификация дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем по степени дисперсности
- •Классификация дисперсий по агрегатному состоянию
- •2. Методы получения коллоидных систем
- •Исходные растворы должны быть разбавленными и содержать избыток одного из реагентов.
- •3. Методы очистки коллоидных растворов
- •4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем
- •5. Оптические свойства дисперсных систем
- •6. Электрические свойства дисперсных систем
- •7. Строение коллоидных частиц - мицелл
- •8. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем
- •9. Лиофильные коллоидные системы. Коллоидные пав
4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем
Молекулярно-кинетическими называются свойства, которые связаны с хаотическим тепловых движением частиц. К ним относятся - броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментация. Эти свойства определяются размерами частиц и их фракционным составом.
Броуновское движение - хаотическое движение частиц дисперсной фазы под действием ударов частиц дисперсионной среды. Этот вид движения характерен для частиц с размерами < 10-6 м. Если размеры частиц дисперсной среды больше, то частицы лишь колеблются. Интенсивность броуновского движения зависит от размера частиц, температуры, вязкости дисперсионной среды.
Диффузия - процесс самопроизвольного переноса вещества за счет теплового движения, который приводит к выравниванию концентраций или к установлению равновесных концентраций. Диффузия имеет определенную скорость, которая определяется законом Фика:
Скорость диффузии прямо пропорциональна разности концентраций и площади поверхности, через которую происходит диффузия.
,
где
-
скорость диффузии, кг/с
S - площадь поверхности,
-
градиент концентраций, кг/м4
D - коэффициент диффузии, м2/с
D - экспериментально определяемая величина.
D=
где kб – константа Больцмана;
r –радиус частицы;
- вязкость среды.
Определив D, можно рассчитать размеры коллоидных частиц. Для коллоидных частиц коэффициент диффузии 100 раз меньше, чем для атомов и молекул.
Осмотическое давление подчиняется закону Вант-Гоффа:
,
где
С - частичная концентрация, м-3 - число частиц в единице объема, определяется отношением массы дисперсной фазы к массе коллоидной частицы.
Осмотическое давление коллоидных растворов в 1000 раз меньше осмотического давления истинных растворов.
Седиментация - процесс оседания частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести или центробежных сил.
Скорость оседания частиц под действием силы тяжести можно оценить по формуле:
,
где
u - скорость оседания
r - радиус частицы дисперсной фазы
- вязкость среды
, 0 - плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды соотвественно.
Т.о., скорость оседания прямо пропорциональна r2. Частицы грубодисперсных систем оседают с заметной скоростью. Поэтому грубодисперсные системы седиментационно не устойчивы. Частицы коллоидных размеров под действием силы тяжести практически не оседают и являются седиментационно устойчивыми. Например, время, необходимое для оседания в воде частицам кварца с радиусом 10~8 м на расстояние 10~2 м, равняется 359 дням.
Для седиментации коллоидных частиц используют ультрацентрифугирование. Так изучают седиментацию белков, вирусов.
Определение скорости оседания положено в основу седиментационного анализа, с помощью которого можно определить размеры частиц и их фракционный состав — число частиц разного размера. Седиментационный анализ широко используют для качественной оценки функционального состояния эритроцитов. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) значительно изменяется при различных заболеваниях и позволяет врачу делать заключение о состоянии организма пациента.