Министерство образования Российской Федерации
Тамбовский государственный технический университет
А. Б. Килимник
А. М. Климов
Поверхностные явления
и
Дисперсные системы
Утверждено Учёным советом университета
в качестве учебного пособия
Тамбов
Издательство ТГТУ
2006
УДК 541.183
ББК Г 5/6
К392
Рецензенты:
доктор химических наук профессор МГУИЭ
В. С. Первов,
доктор химических наук профессор МГУИЭ
А. И. Мишустин,
доктор химических наук профессор ТГУ им. Г. Р. Державина Л. Е. Цыганкова
Килимник А. Б., Климов А. М.
К392
ISBN 5-8265-0168-5
Рассмотрены вопросы: классификация поверхностных явлений и дисперсных систем; термодинамика поверхностных явлений; адсорбция и поверхностная активность; смачивание поверхности и растекание жидкостей; поверхностно-активные вещества; двойной электрический слой и электрокинетические явления; получение, устойчивость, свойства и применение дисперсных систем.
Даны описания лабораторных работ, вопросы и задачи для самопроверки усвоения учебного материала.
Пособие предназначено для студентов всех форм обучения, соответствует федеральной компоненте по дисциплине “Поверхностные явления и дисперсные системы” для специальности 170500 и может быть полезно студентам специальностей 072000, 656600 и 330200 при изучении курса ПАХТ и выполнении курсовых и дипломных проектов.
Рис. — 19, табл. — 10, библиограф. назв. — 12
УДК 541.183
ББК Г 5/6
ISBN 5-8265-0168-5
технический университет (ТГТУ), 2006
Килимник А. Б., Климов А. М., 2006
Введение
Поверхностные явления и дисперсные системы — это наука о явлениях, наблюдающихся на границе раздела фаз и внутри соприкасающихся фаз, и о процессах, приводящих к образованию или разрушению дисперсных систем.
Наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах начала развиваться в XVIII веке.
Основополагающими явились работы М. В. Ломоносова (1745 — 1755), К. Шееле и Ф. Фонтана (1777), Т. Е. Ловица (1785), П. Лапласа (1806) и Ф. Ф. Рейсса (1808). Дальнейшее развитие этой науки в XIX веке связано с именами учёных И. Я. Берцелиуса, Ф. Селми, М. Фарадея и Дж. Тиндаля.
Однако систематическое исследование дисперсных систем было начато лишь в 1861 году Т. Грэмом. Этот год принято считать годом рождения коллоидной химии.
Огромная заслуга в формировании современных представлений о поверхностных явлениях и дисперсных системах принадлежит видному физикохимику Н. П. Пескову (1932).
Значительный вклад в развитие науки о дисперсных системах внесли А. В. Думанский, А. Н. Фрумкин, П. А. Ребиндер, С. М. Липатов, В. А. Каргин и многие другие учёные.
Мир, в котором мы живём, представляет собой сложную систему соприкасающихся жидких, газообразных и твёрдых тел, распределённых друг в друге в различных комбинациях.
Поверхность раздела фаз обладает энергетическими характеристиками отличными от их значений внутри данного вещества, что обусловило наличие различных живых и неживых объектов во Вселенной.
Посмотрим внимательно вокруг себя, и мы обнаружим множество эффектов, связанных с распределением одного вещества в другом… Сквозь листву пробивается тонкий луч солнца. Взгляните на него сбоку, и вам представится картина хаотически движущихся в воздухе мельчайших частиц пыли, нередко переливающихся всеми цветами радуги. А на самом листике мы можем обнаружить росу, — это маленькие капли воды, имеющие сферическую форму благодаря наличию сил поверхностного натяжения воды и гидрофобных свойств поверхности листа.
Природа “подсказала” учёным и инженерам большое количество технических решений важных с точки зрения использования в различных отраслях промышленности и сферах деятельности человека. Например, при взаимодействии серного ангидрида с водой образуется серная кислота в виде тумана, который препятствует нормальной работе поглотительной колонны. Решение проблемы эффективной работы поглотительных колонн в синтезе серной кислоты найдено в результате исследования процесса образования сернокислотного тумана. Было предложено орошать проходящий газ не водой, а раствором серной кислоты с достаточно высокой концентрацией: для того чтобы избежать выделения значительного количества тепловой энергии, приводящего к образованию сернокислотного тумана.
Дисперсные системы играют важную роль в природе и в технике. Например, воды рек всегда содержат взвешенные частицы, которые при оседании дают отложения песка и глины в местах замедленного течения. Многие технологические процессы немыслимы без использования коллоидных растворов и поверхностно-активных веществ. Они применяются в процессах шлифовки и при получении блестящих гальванических покрытий, при тушении пожаров (пены) и т.д.
На основе теоретических положений созданы многочисленные приборы для измерения физико-механических и физико-химических свойств поверхностей раздела фаз и кинетики образования и разрушения дисперсных систем.
Целью изучения курса является ознакомление студентов с поверхностными явлениями, видами дисперсных систем и их свойствами и применением.
Задачей курса является привитие студентам умений и навыков теоретического и экспериментального исследования свойств дисперсных систем.
Теоретической основой данного курса являются математика, физика, химия (общая, органическая и физическая).
Знания, полученные по данной дисциплине, могут быть использованы студентами при изучении аналитической химии, экологии, процессов и аппаратов химических производств и т. д.