- •Лекция 1. Поверхностные явления и дисперсные системы: основные термины и определения курса.
- •Определение, предмет и объекты коллоидной химии как науки о поверхностных явлениях и дисперсных системах.
- •Дисперсность является количественной характеристикой объектов коллоидной химии. Раздробленность частиц дисперсной фазы определяется двумя параметрами:
- •Способы классификации поверхностных явлений и дисперсных систем.
- •Классификация дисперсных систем по размеру частиц.
- •Взаимосвязь коллоидной химии с биотехнологией.
- •Лекция 2. Термодинамика поверхностного слоя.
- •1. Поверхностная энергия и геометрические параметры межфазных слоев.
- •2. Поверхностное натяжение как фактор интенсивности поверхностной энергии.
- •Взаимосвязь когезионных и поверхностных сил.
- •Термодинамические закономерности формирования поверхностного слоя.
- •Лекция 3. Адсорбция на твердых поверхностях.
- •1. Основные определения и способы классификации адсорбционных процессов.
- •Термодинамика адсорбционных процессов.
- •3. Закономерности адсорбции на гладких поверхностях.
- •4. Особенности адсорбции на пористых адсорбентах.
- •Лекция 4. Адсорбция из растворов.
- •1. Поверхностная активность. Адсорбция пав из растворов.
- •2. Особенности адсорбции полимеров.
- •3. Закономерности ионообменной адсорбции.
- •Лекция 5. Межфазные взаимодействия между конденсированными системами Лекция 6. Электроповерхностные явления
- •1. Механизм образования и теории строения двойного электрического слоя (дэс).
- •2. Примеры образования дэс. Суспензионный эффект.
- •3. Электрокинетический потенциал.
- •4. Закономерности электрокинетических явлений.
- •Лекция 7. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
- •1. Общие методы получения дисперсных систем.
- •2. Молекулярно-кинетическая теория и свойства дисперсных систем.
- •3. Закономерности седиментации и седиментационная устойчивость. Диффузионно-седиментационное равновесие.
- •Лекция 8. Оптические свойства и методы исследования дисперсных систем
- •1. Оптическая неоднородность (анизотропия) дисперсных систем.
- •2. Применение методов световой, электронной и ультрамикроскопии в коллоидной химии.
- •3. Закон Рэлея. Методы исследований дисперсных систем, основанные на светорассеянии.
- •4. Поглощение света и окраска золей.
- •Лекция 9. Агрегативная устойчивость и коагуляция дисперсных систем
- •1. Агрегативная устойчивость дисперсных систем. Факторы агрегативной устойчивости.
2. Поверхностное натяжение как фактор интенсивности поверхностной энергии.
Поверхностное натяжение – фактор интенсивности поверхностной энергии, обусловленный нескомпенсированным полем межмолекулярных сил на межфазной поверхности.
С точки зрения термодинамики поверхностное натяжение представляет собой частную производную от любого из термодинамических потенциалов системы:
= (δU / δS)s, v, n = (δH / δS)s, p, n = (δF / δS)T, v ,n = (δG / δS)T,p,n (2.5)
Для практических исследований наиболее применимо определение поверхностного натяжения как частной производной энергии Гиббса по площади межфазной поверхности, так как задаваемые в данном случае граничные условия (постоянные давление и термодинамическая температура) наиболее осуществимы в экспериментальных условиях.
Термодинамическое определение поверхностного натяжения аналогично определению химического потенциала, но поверхностное натяжение характеризует состояние вещества на межфазной поверхности, а химическмий потенциал – состояние вещества в объеме гомогенной фазы.
Способы математического выражения поверхностного натяжения:
поверхностное натяжение – это сила направленная тангенциально к межфазной поверхности и приведенная к единицы длины ее периметра (Н / м);
поверхностное натяжение – это работа, затрачиваемая на образование межфазной поверхности и приведенная к единице площади поверхности (Дж / м2).
Поверхностное натяжение как термодинамический параметр гетерогенных систем является функцией температуры:
= 0 – а * ΔТ (2.6)
где 0 – поверхностное натяжение жидкости при температуре 298 К;
ΔТ – разность между температурой, при которой определяется поверхностное натяжение и стандартной температурой (298 К);
а – температурный коэффициент поверхностного натяжения, численно равен энтропии поверхностного слоя, взятой со знаком «минус», так как с увеличением температуры поверхностное натяжение и теплота образования поверхностного слоя понижается.
Температурный коэффициент выражается уравнением:
а = δ / δТ (2.7)
Взаимосвязь когезионных и поверхностных сил.
Когезия – взаимодействие молекул, атомов, ионов внутри гомогенной фазы дисперсной системы. Когезия, как и поверхностное натяжение, обусловлена силами межатомных и межмолекулярных взаимодействий. Когезионные силы также называют силами аттракции.
Количественной характеристикой когезионных взаимодействий является работа когезии.
Работа когезии – энергия, затрачиваемая на обратимый изотермический разрыв тела (гомогенной фазы) по сечению, равному единице площади. Так как при этих условиях образуется межфазная поверхность площадью в две единицы, то для выражения работы когезии справедливо уравнение:
WK = 2 * σ (2.8)
Для твердых тел работа когезии может быть охарактеризована как прочность на разрыв или когезионная прочность. Реальные тела вследствие дефектов структуры имеют значительно меньшую прочность.
Для реальных жидкостей наиболее точные данные о работе когезии могут быть получены при изучении процесса парообразования. Так как в процессе испарения происходит полный разрыв межмолекулярных связей на межфазной поверхности «жидкость – газ», то работа когезии в данном случае эквивалентна энтальпии парообразования, определяемой уравнением:
ΔΗΠ = ΔGΠ + T * ΔSΠ (2.9)
В условиях равновесия между паровой и жидкой фазами (p = const, T = const) ΔGΠ = 0, тогда уравнение (2.7) с учетом математического выражения работы когезии примет вид:
ΔSΠ = 2 * σ / T (2.10)
Изменение энтропии при температуре кипения (ΔS0), отенесенная к 1 моль вещества в соответствии с правилом Трутона для неассоциированных жидкостей равна 85-90 кДж/моль. Исходя из этого, по энтальпии парообразования и температуре кипения жидкостей можно оценивать их когезию и поверхностное натяжение.