30)Дисперсными называют системы, состоящие из множества малых частиц, разделенных в жидкой, твердой или газообразной среде.Для всех дисперсных систем характерны два признака:

- дисперсность

- гетерогенность

Дисперсность определяется размером частиц дисперсной фазы.

а – размер частицы дисперсной фазы (2-2000 нм).

Большая поверхность раздела, которая образуется между дисперсным разделом и дисперсной средой обладает избирательной поверхностью Е, в результате действия которой на этой межфазной поверхности идут процессы:

-адсорбции

-коагуляции

31)Классификация дисперсных систем.

Известно 4 типа классификации дисперсных систем:

- по размеру частиц

- по агрегатному состоянию фазы среду (по Освальду)

- по взаимодействию частиц фазы и среды

- по взаимодействию частиц дисперсной фазы

1)Классификация по размеру частиц:

- грубодисперсные – микрогетерогенные

- ультромикрогетерогенные -

- истинные растворы - < м

D = - дисперсности системы

Удельная поверхность

Отношение поверхности частицы дисперсной фазы к ее объему или массе.

2)Классификация по Освальду:

Дисперсная фаза	Дисперсная среда	Условное обозначение	Примеры
Газ	Жидкость	Г/Ж	Минеральная вода, газовые эмульсии, пены.
Газ	Твердое	Г/Т	Тесто, хлеб, пемза, пенобетон, уголь.
Жидкость	Газ	Ж/Г	Туман, облака, пары.
Жидкость	Жидкость	Ж/Ж	Эмульсии.
Жидкость	Твердое	Ж/Т	Гели.
Твердое	Газ	Т/Г	Пудра, аэрозоли, табачный дым, порошок.
Твердое	Жидкое	Т/Ж	Гидрозоли, аэрозоли.
Твердое	Твердое	Т/Т	Драгоценности и полудрагоценности, металл, цветные стали.

Любое вещество может быть переведено в коллоидное состояние, зависит от того, в какую среду его помещают.

3)Классификация по взаимодействию частиц фазы и среды:

- лиофильные (гидрофильные)

- мефобные (гидрофобные)

Самопроизвольно диспиргирующимеся являются лиофильные системы. Они являются наиболее устойчивыми.

4)Классификация по взаимодействию частиц дисперсной фазы:

- связно-дисперсные

- свободно-дисперсные

Визуально коллойдную систему от истинного раствора определяют по эффекту Фарадея – Тиндаля.( Эффект Тиндаля, рассеяние Тиндаля (англ. Tyndall effect) — оптический эффект, рассеяние света при прохождении светового пучка через оптически неоднородную среду. Обычно наблюдается в виде светящегося конуса (конус Тиндаля), видимого на тёмном фоне.Характерен для растворов коллоидных систем (например, золей, металлов, разбавленных латексов, табачного дыма), в которых частицы и окружающая их среда различаются по показателю преломления. На эффекте Тиндаля основан ряд оптических методов определения размеров, формы и концентрации коллоидных частиц и макромолекул.)

Золи.

Золь — высокодисперсная коллоидная система (коллоидный раствор) с жидкой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределе от 1 до 100 нм (10⁻⁹—10⁻⁷м)

Свойства:

-большая удельная поверхность;

-адсорбция и плёнкообразование на поверхностях раздела;

-агрегация, как следствие взаимодействия частиц;

-частицы на поверхности обладают большей энергией, чем частицы внутри фазы.

32)Поверхностная энергия.

Между сосуществующими фазами имеется большая поверхность раздела, которая обладает избытком энергии Гиббса.

dG dS

dG= dS

Изменение энергии Гиббса при увеличении.

Поверхностное натяжение можно представить как частную производную от энергии Гиббса по площади мелефазной поверхности при рtn = const

Пав и пиав

Избыточная поверхность энергии Гиббса на границе раздела издает условия для контакта или его отсутствия в реагенте взаимодействия двух сосуществующих фаз. Чем больше поверхностное натяжение на этой границе, тем хуже контакт, и наоборот.

Вещества, добавление которых снижает поверхностное натяжение на границах раздела фаз, называются поверхностно активными веществами (ПАВ).

Вещества, увеличивающие поверхностное натяжение, называются поверхностно инактивными веществами (ПИАВ).

ПАВ: вещества дифильного строение (ассиметричная по полярности молекула, например R-COONa). Условно ПАВ обозначают так . Кружочком обозначают функциональную группу, а черточкой – углеводородный радикал.

Органические вещества (соли Ме и сами жидкие кислоты, спирты, белки).

ПИАВ: вещества, способные реагировать с молекулой растворителя сильнее, чем молекулы растворители друг с другом.

Неорганические электролиты (минеральные кислоты, щелочи, соли).

(график)

33)Смачивание и растекание

Сма́чивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. Смачивание бывает двух видов

Иммерсионное (вся поверхность твёрдого тела контактирует с жидкостью)

Контактное (состоит из трёх фаз — твердая, жидкая, газообразная)

Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или: атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).

Флота́ция (фр.  flottation, от flotter — плавать) — один из методов обогащения полезных ископаемых, который основан на различии способности минералов удерживаться на межфазовой поверхности, обусловленный различием в удельных поверхностных энергиях. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности. Флотация применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности. В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода — масло — газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов различают несколько видов флотации.

Масляная флотация была предложена первой При перемешивании измельченной руды с маслом и водой сульфидные минералы избирательно смачиваются маслом и всплывают вместе с ним на поверхность воды, а порода (кварц, полевые шпаты) осаждается.

Пленочная. Способность гидрофобных минеральных частиц удерживаться на поверхности воды, в то время как гидрофильные тонут в ней, для создания аппаратов плёночной флотации, в процессе которой из тонкого слоя измельченной руды, находящегося на поверхности потока воды, выпадают гидрофильные частицы.

Пенная — при которой через смесь частиц с водой пропускают мелкие пузырьки воздуха, частицы определённых минералов собираются на поверхности раздела фаз «воздух-жидкость», прилипают к пузырькам воздуха и выносятся с ними на поверхность в составе трехфазной пены (с добавлением пенообразователя, который регулирует устойчивость пены). Пену в дальнейшем сгущают и фильтруют. В качестве жидкости чаще всего используется вода, реже насыщенные растворы солей (разделение солей, входящих в состав калийных руд) или расплавы (обогащение серы).

Области применения

Обогащение полезных ископаемых (руд цветных металлов, редких и рассеяных элементов, угля, самородной серы);

Разделение минералов комплексных руд;

Разделение солей;

Очистка сточных вод, в частности для выделения капель масел и нефтепродуктов.

Дрожжевое производство (способ концентрирования)

КОЭФФИЦИЕНТ РАСТЕКАНИЯ - уменьшение при растекании жидкости свободной поверхностной энергии на границе раздела твердое тело-жидкость, выражается в Н/м. Если величина коэффициента положительна жидкость самопроизвольно растекается в тонкую пленку.

34)Когезия- притяжение атомов и молекул внутри отдельной фазы. Она определяет существование вещества в конденсированном состоянии и может быть обусловлена межмолекулярными и межатомными силами. Понятие адгезии, смачивания и растекания относятся к межфазным взаимодействиям. Адгезияобеспечивает между двумя телами соединение определенной прочности благодаря физическим и химическим межмолекулярными силами. Рассмотрим характеристики когезионного процесса. Работа когезии определяется затратой энергии на обратимый процесс разрыва тела по сечению равной единице площади: Wk=2×s, где Wk - работа когезии; s- поверхностное натяжение

Так как при разрыве образуется поверхность в две параллельные площади, то в уравнении появляется коэффициент 2. Когезия отражает межмолекулярное взаимодействие внутри гомогенной фазы, то ее можно охарактеризовать такими параметрами как энергия кристаллической решетки, внутреннее давление, летучесть, температура кипения, адгезия результат стремления системы к уменьшению поверхностной энергии. Работа адгезии характеризуется работой обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенной к единице площади. Она измеряется в тех же единицах, что и поверхностное натяжение. Полная работа адгезии, приходящаяся на всю площадь контакта тел: Ws=WaS

Таким образом, адгезия- работа по разрыву адсорбционных сил с образованием новой поверхности в 1м2.

Работа адгезии выражается уравнением Дюпре:

Или

где индексы 1, 2, 3 – обозначают, соответственно, твердую, жидкую и газовую фазы.

35) Адсорбция – это самопроизвольное концентрирование (сгущение) молекул газообразного или растворенного вещества на поверхности конденсируемого тела, приводящее к уменьшению поверхностного натяжения у более конденсированной фазы.

Вещество, молекулы (атомы, ионы) которого адсорбируются на поверхности, называются адсорбатом (адсорбтивом). Конденсируемое тело (жидкое или твердое), на поверхности которого адсорбируются молекулы адсорбата, называются адсорбентом.

Адсорбцию вызывают прежде всего межмолекулярные вандервальсовые силы притяжения, однако адсорбированные молекулы могут при соответствующих условиях вступать в химическое взаимодействие с поверхностью адсорбента. Поэтому различают физическую и химическую адсорбции. Химическую адсорбцию называют хемосорбцией.

Процесс адсорбции сопровождается выделением теплоты, при этом интегральная теплота физической адсорбции невелека (8 – 15 кДж/моль), а теплота хемосорбции близка к энергии химической реакции (80 – 400 кДЖ/моль).

Адсорбция характеризуется величиной адсорбции, которая может быть выражена различными способами, наиболее распространенными из которых являются:

1. Величина адсорбции Г (кмоль/м2) – это количество адсорбтива, приходящегося на единицу поверхностного адсорбента.

2. Величина адсорбции А (кмоль/кг) – это количество адсорбированного вещества на единицу массы адсорбента.

3. Величина адсорбции V (м3/кг) – это объема адсорбированного вещества (обычно газ) на единицу массы адсорбента.

Каждый способ выражения величины адсорбции применяется в зависимости от агрегатного состояния фаз адсорбента и адсорбтива, от возможности определить удельную поверхность адсорбента.

Величина адсорбции зависит от температуры, давления, объема системы, концентрации растворенного вещества, удельной поверхности, радиуса кривизны поверхности и т.д. поэтому процесс адсорбции можно характеризовать различными параметрами, но самой распространенной является функция количества адсорбируемого вещества (Г, А или V)от равновесной концентрации (С) для растворов или равновесного давления (р) для газовой фазы адсорбтива при постоянной температуре.

36) =>

3.6

Г_i - поверхностный избыток компонента i в поверхностном слое (по сравнению с его равновесной концентрацией в объемной фазе), то есть величина Гиббсовской адсорбции. Уравнение 3.6 - фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса. Это строгое термодинамическое соотношение, написанное для многокомпонентной системы. Однако, практическое его использование неудобно. Оно, например, не раскрывает зависимость поверхностного натяжения от адсорбции конкретного вещества при постоянных химических потенциалах других веществ.. Единицы величины гиббсовской адсорбции определяются единицами химического потенциала. Если потенциал отнесен к молю вещества, то величина адсорбции выражается в молях на единицу площади.

Поверхностная активность, способность вещества при адсорбции на границе раздела фаз понижать поверхностное натяжение (межфазное натяжение). Адсорбция Г в-ва и вызванное ею понижение поверхностного натяжения s связаны с концентрацией с в-ва в фазе, из которой вещество адсорбируется на межфазную поверхность, уравнением Гиббса (1876):

Правило Дюкло-Траубе — зависимость, связывающая поверхностную активность водного раствора органического вещества с длиной углеводородного радикала в составе его молекулы. Согласно этому правилу, при увеличении длины углеводородного радикала на одну группу СΗ₂ поверхностная активность вещества увеличивается в среднем в 3,2 раза^[1].

Поверхностная активность зависит от строения молекул ПАВ; последние обычно состоят из полярной части (группы, обладающие большим дипольным моментом) и неполярной части (алифатические или ароматические радикалы). В границах гомологического ряда органических веществ, концентрация, необходимая для понижения поверхностного натяжения водного раствора до определённого уровня, снижается в 3-3,5 раза при увеличения углеродного радикала на одну -СΗ₂-группу.

37)Для молекулярной адсорбции растворенных веществ на твердой поверхности являются ее обратимость и температурная зависимость. С повышением температуры молекулярная адсорбция всегда уменьшается, так как возрастание интенсивности молекулярно-теплового движения затрудняет фиксацию молекул на поверхности раздела фаз. Уравнение Фрейндлиха является эмпирическим уравнением. В случаях соответствия экспериментальным данным оно дает сжатое аналитическое выражение результатов опытов, но не может претендовать на сколько-нибудь исчерпывающее описание механизма адсорбции. Исторически оно является первым уравнением изотермы (поэтому его часто называют «классическим» уравнением) и до сих пор широко применяется исследователями, главным образом работающими в области промышленности.

где Г – величина адсорбции, кмоль/кг (кмоль/м2);

n – количество вещества-адсорбтива, кмоль;

m – масса адсорбента, кг;

К – константа (при С = 1 моль/л К = Г);

1/а – константа (адсорбционный показатель); зависит от природы адсорбента и температуры. 1/а = 0,1–1. Теория Ленгмюра явилась фундаментальным вкладом в учение об адсорбции. Она позволяет учесть наиболее сильные отклонения от закона Генри, связанные с ограниченностью поверхности адсорбента. Ограниченность этого параметра приводит к адсорбционному насыщению поверхности адсорбента по мере увеличения концентрации распределяемого вещества.

Теория мономолекулярной адсорбции основывается на следующих положениях:

1)  Адсорбция является локализованной (происходит на адсорбционных центрах).

2)  Адсорбция происходит не на всей поверхности адсорбента, а на активных центрах, которыми являются выступы либо впадины на поверхности адсорбента. Активные центры считаются независимыми (т.е. один активный центр не влияет на адсорбционную способность других), и тождественными.

3)  Каждый активный центр способен взаимодействовать только с одной молекулой адсорбата; в результате на поверхности может образоваться только один слой адсорбированных молекул.

4)  Процесс адсорбции находится в динамическом равновесии с процессом десорбции.

38) Потенциальная теория Поляни была предложена для термодинамического описания полимолекулярной адсорбции. Она устанавливает связь величины адсорбции с изменением давления пара ( газа) и с теплотами адсорбции, исходя из объема адсорбционного пространства. Наиболее удачно теория Поляни предсказывает зависимость величины адсорбции от температуры. Следует отметить, что как и термодинамическое описание по Гиббсу, теория Поляни, являясь фактически частным случаем теории Гиббса, не приводит к конкретным изотермам адсорбции. Несмотря на это, теория Поляни широко используется особенно для описания адсорбции на пористых адсорбентах.