- •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.
Лекция 4. Адсорбция из растворов.
Поверхностная активность. Адсорбция ПАВ из растворов.
Особенности адсорбции полимеров.
Закономерности ионообменной адсорбции.
1. Поверхностная активность. Адсорбция пав из растворов.
В адсорбционном уравнении Гиббса влияние природы веществ на адсорбцию отражает производная (d / da). Эта величина является характеристикой поведения адсорбата при адсорбции на межфазной поверхности «раствор - твердый адсорбент» или автоадсорбции на границе раздела «раствор – воздух». В 1924 году акад. П. А. Ребиндер предложил использовать в качестве характеристической константы адсорбции растворенных веществ величину производной (d / da), стремящейся к нулю и назвал ее поверхностной активностью:
g = - (d / da)a0 (4.1)
Поверхностная активность является важнейшей адсорбционной характеристикой веществ, определяющей их физико-химические свойства и области практического применения. Физический смысл поверхностной активности состоит в том, что она представляет силу, удерживающую вещество адсорбата в поверхностном слое и рассчитанную на единицу гиббсовской адсорбции.
В зависимости от знака поверхностной активности в определенном растворителе вещества подразделяют на поверхностно-активные (g 0) и поверхностно-инактивные (g 0). О поверхностной активности или инактивности какого-либо вещества можно говорить только по отношению к какому-либо растворителю. Термин «поверхностно-активные вещества» обычно используют применительно к веществам, характеризующимся большой поверхностной активностью в водных растворах. К ним относятся в первую очередь органические вещества дифильного строения, имеющие в своем составе полярную группу и неполярный углеводородный радикал: спирты, жирные кислоты, амины и др. Примерами поверхностно-инактивных веществ по отношению к воде являются неорганические кислоты и основания, их соли.
Адсорбция ПАВ. Взаимосвязь уравнений Гиббса, Ленгмюра и Шишковского.
Большие значения поверхностной активности ПАВ в водных растворах обуславливают пренебрежительно малые концентрации растворенного вещества в объеме растворителя по сравнению с концентрацией адсорбата на межфазных поверхностях «раствор – твердый адсорбент» (если последний имеет сродство с неполярной частью молекулы ПАВ) и «раствор – воздух». Это позволяет пренебречь разницей между величинами молекулярной и гиббсовской адсорбцией. Исходя из вышесказанного, для описания адсорбции ПАВ можно использовать объединенную форму уравнений Ленгмюра и Гиббса:
А = Г = А = А * К * с / (Кс + 1) = - (с / R*T) * (d / dс) (4.2),
выразив уравнение относительно поверхностного натяжения и проинтегрировав, получим:
= 0 - А * R * T * ln (1 + К * с) (4.3)
Аналогичную зависимость вывел Шишковский, изучая закономерности изменения поверхностного натяжения в гомологических рядах спиртов и жирных кислот:
= 0 – А * ln (1 + В * с) (4.4)
где А – константа гомологического ряда;
В – константа индивидуального гомолога.
Данное уравнение согласуется с эмпирическим правилом Дюкло-Траубе, согласно которому в гомологических рядах ПАВ с увеличением длины углеводородной цепи на одну –СН2- группу поверхностная активность возрастает в 3,2 раза.
Сопоставив уравнения (4.3) и (4.4), можно установить физический смысл констант уравнения Шишковского:
- А = А * R * T – константа, определяемая удельной поверхностью адсорбента и площадью, занимаемой углеводородным радикалом молекулы адсорбата на границе раздела фаз;
- В = К – константа равновесия процесса адсорбции ПАВ, характеризующая процесс адсорбции индивидуального гомолога.