- •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.
Термодинамические закономерности формирования поверхностного слоя.
Основным условием равновесия в гетерогенных системах является положительное значение энергии Гиббса образования межфазной поверхности. Атомы и молекулы жидкости или твердого тела, локализованные в межфазных слоях, обладают избыточной энергией по сравнению с частицами вещества, распределенными в объеме гомогенной фазы дисперсных систем (так как появляются на поверхности в результате разрыва межатомных или межмолекулярных связей). Вследствие этого увеличение площади межфазной поверхности сопровождается увеличением поверхностной энергии (ΔG > 0), то есть требует затрат работы на разрыв когезионных связей.
Из вышеизложенного следует, что обратный процесс - уменьшение площади межфазной поверхности - сопровождается понижением значения поверхностной энергии (ΔG < 0), то есть, протекает САМОПРОИЗВОЛЬНО.
Таким образом поверхностный слой формируется в результате самопроизвольного уменьшения поверхностной энергии.
Анализ уравнения (2.1) позволяет выделить два направления самопроизвольного уменьшения поверностной энергии:
уменьшение площади межфазной поверхности за счет агрегации частиц дисперсной фазы, а для жидкости также в результате образования частиц с минимальной площадью поверхности;
снижение поверхностного натяжения в результате адгезии или адсорбции примесей, образования двойных электрических слоев и других явлений.
Возникновение поверхностных явлений является следствием стремления системы к самопроизвольному уменьшению поверхностного натяжения на границе раздела фаз.
Лекция 3. Адсорбция на твердых поверхностях.
Основные определения и способы классификации адсорбционных процессов.
Термодинамика адсорбционных процессов.
Закономерности адсорбции на гладких поверхностях.
Особенности адсорбции на пористых адсорбентах.
1. Основные определения и способы классификации адсорбционных процессов.
Адсорбция относится к явлениям, происходящим вследствие самопроизвольного уменьшения поверхностной энергии.
Адсорбция – процесс самопроизвольного обратимого или необратимого перераспределения компонентов гетерогенной системы между поверхностным слоем и объемом гомогенной фазы.
В многокомпонентных системах в поверхностный слой предпочтительнее переходит компонент, который сильнее снижает межфазное натяжение. В однокомпонентных системах при формировании поверхностного слоя происходит изменение его структуры (определенная ориентация атомов и молекул, поляризация), называемое автоадсорбцией.
Более плотную фазу, на которой локализованы адсорбционные взаимодействия называют адсорбентом. Вещество, перераспределяемое между объемом гомогенной фазы и поверхностным слоем, обозначают термином «адсорбат».
В ряде случаев процесс адсорбции является обратимым. В этом случае при определенных условиях часть адсорбированных молекул в результате молекулярно-кинетических явлений может перейти из поверхностного слоя в объем фазы. Процесс, обратный адсорбции, называют десорбцией.
Способы классификации адсорбционных процессов.
Классификация адсорбционных процессов по агрегатному состоянию взаимодействующих фаз. В зависимости от агрегатного состояния смежных фаз различают следующие типы адсорбционных процессов:
адсорбция газов на твердых адсорбентах;
адсорбция растворенных веществ на границах раздела «твердое тело – жидкость» и «жидкость – жидкость»;
адсорбция поверхностно-активных веществ на границе раздела «жидкость – газ».
Классификация адсорбционных процессов по механизму взаимодействия адсорбента и адсорбата. Адсорбцию можно рассматривать как взаимодействие молекул адсорбата с активными центрами адсорбента. По механизму их взаимодействия подразделяют следующие виды адсорбции:
1) физическая (молекулярная) адсорбция – взаимодействие между молекулами адсорбата и адсорбента осуществляется за счет сил Ван-дер-Ваальса, водородных связей (без протекания химических реакций);
2) химическая адсорбция (хемосорбция) – присоединение молекул адсорбата к активным центрам адсорбента происходит в результате протекания химических реакций различных типов (за исключением реакций ионного обмена);
3) ионообменная адсорбция (ионный обмен) – перераспределение вещества адсорбата между раствором и твердой фазой (ионитом) по механизму реакций ионного обмена.