., Дібрівний в.М., Сергеєв в.В Ван-Чин-Сян ю.Я курс колоїдної хімії

( поверхневі явища та дисперсні системи)

РОЗДІЛ 1. ВСТУП 6

1.1. Предмет колоїдної хімії 6

1.2. Класифікація колоїдних систем 8

РОЗДІЛ 2. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ 11

2.1. Класифікація поверхневих явищ 11

2.2. Поверхневий натяг 12

2.3. Методи визначення поверхневого натягу 13

2.3.1. Метод капілярного підняття (метод Жюрена). 13

2.3.2. Метод максимального тиску в бульбашці (метод Ребіндера) 14

2.3.3. Сталагмометричний метод (метод Траубе) 15

2.4. Внутрішня енергія поверхні. Залежність енергетичних параметрів поверхні від температури 16

2.5. Принципи формування поверхневого шару 17

2.6. Адгезія, когезія 18

2.7. Змочування і розтікання 20

2.7.1. Розтікання рідин. Ефект Марангоні 22

РОЗДІЛ 3. Дисперсність і властивості тіл 25

3.1. Геометричні параметри поверхні 25

3.2. Вплив дисперсності на внутрішній тиск 26

3.3. Капілярні явища 28

3.4. Дисперсність і реакційна здатність речовин 29

3.5. Тиск насиченої пари над викривленою поверхнею 30

3.6. Вплив дисперсності на температуру фазового переходу 31

3.7. Вплив дисперсності на розчинність твердих тіл 31

3.8. Вплив дисперсності на рівновагу хімічних реакцій 32

РОЗДІЛ 4. АДСОРБЦІЙНІ РІВНОВАГИ. 34

4.1. Основні поняття та визначення. 34

4.1.1. Природа адсорбційних сил 34

4.1.2. Фундаментальне рівняння адсорбції Гіббса 37

4.1.3. Теплота адсорбції. 39

4.1.4. Швидкість фізичної адсорбції 40

4.2. Адсорбція газів на однорідній твердій поверхні. 41

4.2.1. Ізотерма адсорбції (закон) Генрі 41

4.2.2. Теорія адсорбції Ленгмюра 43

4.2.3. Теорія полімолекулярної адсорбції БЕТ 47

4.3. Адсорбція газів на пористих тілах 51

4.3.1. Класифікація пористих тіл 51

4.3.2. Теорія капілярної конденсації 52

4.3.3. Теорія об’ємного заповнення мікропор 56

4.4. Адсорбція на межі тверде тіло – рідкий розчин. 60

4.4.1. Молекулярна адсорбція 60

4.4.2. Іонна адсорбція 61

4.5. Адсорбція поверхнево активних речовин з розчину на межі рідина – газ 62

РОЗДІЛ 5. Електричні явища на поверхні 68

5.1. Поняття про електрокінетичні явища 68

5.2. Механізм утворення подвійного електричного шару 69

5.3. Термодинамічні співвідношення між поверхневим натягом і електричним потенціалом 70

5.4. Теорії будови подвійного електричного шару 72

5.4.1. Теорія Гельмгольца Перрена. 72

5.4.2. Теорія Гуї - Чепмена 73

5.4.3. Теорія Штерна. 77

5.5. Вплив електролітів на подвійний електричний шар 79

5.5.1. Вплив індиферентних електролітів на подвійний електричний шар. 79

5.5.2. Вплив неіндиферентних (родинних) електролітів 81

5.6. Експериментальне визначення електрокінетичного потенціалу 82

РОЗДІЛ 6. МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ ТА ОЧИСТКИ КОЛОЇДНИХ СИСТЕМ 88

6.1. Диспергаційні методи 88

6.2. Конденсаційні (агрегаційні) методи 89

6.2.1. Термодинаміка утворення нової фази при конденсації. 89

6.2.2. Кінетика утворення нової фази 92

6.3. Будова міцел 95

6.4. Методи очистки колоїдних розчинів 97

РОЗДІЛ 7. Агрегативна стійкість дисперсних систем. 101

7.1. Фактори агрегативної стійкості ліофобних дисперсних систем. 101

7.2. Ізотермічна перегонка в дисперсних системах. 102

7.3. Коагуляція. 104

7.3.1. Теорія стійкості дисперсних систем Дєрягіна, Ландау Фервея і Овербека 104

7.3.2. Кінетика коагуляції 110

РОЗДІЛ 8. Властивості дисперсних систем 114

8.1. Молекулярно – кінетичні властивості дисперсних систем 114

8.1.1. Броунівський рух 114

8.1.2. Дифузія. 115

8.1.3. Седиментація та седиментаційна стійкість. 117

8.1.4. Седиментаційний аналіз дисперсності. 118

8.2. Оптичні властивості дисперсних систем. 121

8.2.1. Розсіювання світла. 121

8.2.2. Абсорбція світла. 123

8.2.3. Оптичні методи дослідження дисперсних систем. 124

8.3. Структурно-механічні властивості дисперсних систем. 126

8.3.1. Реологічні моделі тіл. 130

РОЗДІЛ 9. Розчини поверхнево – активних речовин 138

9.1. Класифікація та властивості ПАР. 138

9.2. Міцели ПАР. 139

9.3. Стабілізуюча дія ПАР. Солюбілізація. 140

РОЗДІЛ 10. РОЗЧИНИ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК 143

10.1. Властивості ВМС 143

10.2. Взаємодія ВМС з розчинниками. 144

10.3. Молекулярна маса ВМС 147

РОЗДІЛ 11. грубоДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ. 150

11.1. Суспензії 150

11.2. Емульсії. 151

11.2.1. Класифікація та властивості емульсій. 151

11.2.2. Одержання та руйнування емульсій. 152

11.3. Піни. 153

11.3.1. Основні характеристики та властивості пін. 153

11.3.2. Одержання та руйнування пін. 154

11.4. Аерозолі 155

11.4.1. Класифікація та властивості аерозолів 155

11.4.2. Методи одержання та практичне значення аерозолів 156

11.5. Порошки 157

РОЗДІЛ 12. Список літератури 160

Основні фізичні сталі:

Стала Авогадро N_A = 6,022∙10²³ 1/моль;

Універсальна газова стала R = 8,314 Дж/моль∙К;

Стала Фарадея F = 96485 Кл/моль;

Стала Больцмана k_Б = 1,381∙10-²³ Дж/К

Електрична стала ₀ = 8,854∙10^-12Ф/м

Прискорення сили тяжіння g = 9,8 м/с²

Умовні позначення:

H – ентальпія;

U – енергія;

G – енергія Гіббса;

S – ентропія;

W – робота;

Q – теплота;

T – температура;

 - поверхневий натяг;

S – площа поверхні;

 - хімічний потенціал;

 - електричний потенціал;

p – тиск;

p_s – тиск насиченої пари;

c – концентрація;

V – об’єм;

V_М – мольний об’єм;

m – маса;

 - крайовий кут змочування;

 - густина;

H – кривизна поверхні;

a - активність;

 - коефіцієнт активності;

A - адсорбція;

Г - адсорбція за Гіббсом;

 – час;

r - радіус;

F – сила

z – заряд іона;

 - в’язкість.

Від авторів

Структура посібника є традиційною і відповідає програмі курсу “Поверхневі явища та дисперсні системи” для студентів базового напряму “Хімічна технологія та інженерія”. Посібник може бути використаний також для вивчення курсу “Колоїдна хімія” студентами інших базових напрямів.

Для більш глибокого засвоєння студентами фізико-хімічних закономірностей явищ, що вивчаються, в кінці деяких параграфів наведені приклади. Також в кінці кожного розділу наведені контрольні питання, які можуть бути корисними для самоконтролю при самостійній роботі студента.

Термінологія і означенні фізико-хімічних величин приведені у відповідність з номенклатурними правилами IUPAC з хімії.