- •1 Хімічна термодинаміка 4
- •2 Дисперсні системи 32
- •3 Поверхневі явища 64
- •1 Хімічна термодинаміка
- •1.1 Основи фізичної хімії. Хімічна термодинаміка
- •1.1.1 Основні поняття і терміни хімічної термодинаміки
- •1.1.2 Перший закон термодинаміки
- •1.1.3 Теплові ефекти фізико – хімічних процесів
- •1.1.3.1 Розрахунки теплових ефектів
- •1.1.4 Висновки з закону Гесса
- •1.1.5 Залежність теплового ефекту процесу від температури
- •1.2 Напрямок перебігу фізико – хімічних процесів
- •1.2.1 Другий закон термодинаміки
- •1.2.2 Ентропія
- •1.2.3 Третій постулат термодинаміки
- •1.2.4 Зміна ентропії у фізико-хімічних процесах
- •1.2.5 Вільна енергія і напрямок хімічних реакцій
- •Приклади рішення задач
- •Розв’язок
- •Відповідь: 159,9 Дж/моль·к.
- •2 Дисперсні системи
- •2.1 Класифікація дисперсних систем
- •2.1.1 Основні терміни колоїдної хімії
- •2.1.2 Класифікація дисперсних систем
- •2.1.2.1 За характером дисперсності
- •2.1.2.2 За ступенем дисперсності
- •2.1.2.3 За агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища
- •2.1.2.4 За характером взаємодії між частинками дисперсної фази і дисперсійним середовищем
- •2.1.2.5 За характером взаємодії між самими частинками дисперсної фази
- •2.1.2.6 За формою частинок дисперсної фази (за топографічною ознакою)
- •2.1.3 Одержання і очистка дисперсних систем
- •2.1.3.1 Основні методи одержання дисперсних систем
- •2.1.3.2 Очистка колоїдних систем
- •2.2 Молекулярно-кінетичні властивості дисперсних систем
- •2.2.1 Броунівський рух
- •2.2.2 Дифузія
- •2.2.3 Осмотичний тиск
- •2.2.4 Седиментація
- •2.2.4.1 Седиментаційно-дифузійна рівновага
- •2.2.4.2 Седиментаційний аналіз
- •2.2.5 Оптичні властивості дисперсних систем
- •2.2.5.1 Розсіяння світла
- •2.2.5.2 Оптичні методи дослідження дисперсних систем
- •Контрольні питання
- •Приклади розв’язку задач
- •3.1.2 Поверхневий натяг
- •3.1.3 Класифікація поверхневих явищ
- •3.1.4 Поверхневий натяг на межі двох рідин. Взаємне розтікання рідин
- •3.1.5 Адгезія і когезія. Явища розтікання та змочування
- •3.1.5.1 Поняття про когезію та адгезію
- •3.1.5.2 Змочування поверхні твердого тіла рідиною
- •3.1.5.3 Адгезія між твердим тілом і рідиною
- •3.1.5.4 Капілярні явища
- •Контрольні питання
- •3.2 Поверхневі явища на межі тверде тіло – газ, тверде тіло – рідина, рідина – газ, рідина – рідина, тверде тіло – рідина, тверде тіло – тверде тіло
- •3.2.1 Кількісна характеристика адсорбції. Величини адсорбції
- •3.2.2 Рівняння стану адсорбції
- •3.2.3 Теплота адсорбції
- •3.2.4 Залежність адсорбції від температури та природи газу
- •3.2.5 Фізична адсорбція газів і парів на гладкій твердій поверхні. Закон Генрі
- •3.2.6 Теорія адсорбції і рівняння Ленгмюра
- •3.2.7 Ізотерма адсорбції Фрейндліха
- •3.2.8 Рівняння бет (Брунауера,Еммета,Теллера)
- •Аналогічно
- •3.2.9 Швидкість адсорбції
- •3.2.10 Хімічна адсорбція газів на твердій гладкій і пористій поверхні
- •3.2.11 Капілярна конденсація
- •Отже, при сталій температурі
- •Контрольні питання
- •3.3 Електричні явища на межі тверде тіло – рідина. Будова міцели
- •3.3.1 Електрокінетичні явища
- •3.3.2 Утворення і будова подвійного електричного шару на межі тверде тіло – рідина
- •3.3.2.1 Механізм утворення пеш
- •3.3.2.2 Термодинамічне співвідношення між поверхневим натягом і електричним потенціалом
- •3.3.2.3 Теорія будови пеш Гельмгольца-Перрена
- •3.3.2.4 Теорія будови пеш Гуї-Чепмена
- •3.3.2.5 Теорія будови пеш Штерна
- •3.3.3 Вирази для дзета-потенціалу
- •3.3.4 Вплив різних факторів на дзета-потенціал
- •3.3.4.1 Вплив індиферентних електролітів
- •3.3.4.2 Вплив неіндиферентних електролітів
- •3.3.4.3 Вплив pH-середовища
- •3.3.4.4 Вплив концентрації колоїдної системи
- •3.3.4.5 Вплив температури
- •3.3.4.6 Вплив природи дисперсійного середовища
- •3.3.5 Міцелярна теорія колоїдних розчинів
- •3.3.6 Йонна адсорбція з розчинів на твердому адсорбенті
- •3.3.6.1 Йонообмінна адсорбція
- •3.4 Стійкість дисперсних систем
- •3.4.1 Види стійкості дисперсних систем
- •3.4.2 Процеси, обумовлені агрегативною нестійкістю
- •3.4.3 Фактори стійкості дисперсних систем
- •3.4.4 Коагуляція гідрофобних золів
- •3.4.4.1 Коагуляція під дією електролітів. Правило Шульце−Гарді
- •3.4.4.2 Гетерокоагуляція. Взаємна коагуляція золів
- •3.4.5 Теорії стійкості і коагуляції
- •3.4.5.1 Адсорбційна теорія коагуляції г.Фрейндліха
- •3.4.5.2 Електростатична теорія коагуляції г.Мюллера
- •3.4.5.3 Теорія стійкості систем длфо
- •3.4.5.4. Вплив концентрації електроліту на потенціальні криві взає-модії частинок
- •3.4.6 Швидкість коагуляції
- •3.4.7 Колоїдний захист
- •Контрольні питання
- •Розв’язок
- •Розв’язок
- •3.5 Характеристика мікрогетерогенних дисперних систем План
- •Металокерамічні матеріали
- •3.5.1 Дисперсні системи з газовим дисперсійним середовищем (аерозолі)
- •3.5.2 Дисперсні системи з рідинним дисперсійним середовищем
- •3.5.2.1 Суспензії
- •3.5.2.2 Емульсії
- •3.5.2.3 Латекси
- •3.5.3 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем (тверді золі, солідозолі)
- •3.5.3.1 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і газоподібною дисперсною фазою (тверді піни)
- •3.5.3.2 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і рідинною дисперсною фазою (тверді емульсії)
- •3.5.3.3 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і твердою дисперсною фазою
- •3.5.4 Композиційні матеріали (композити)
- •3.5.4.1 Металокерамічні матеріали
3.4.7 Колоїдний захист
Практично немає колоїдних систем, у яких була б цілком відсутня взаємодія між дисперсною фазою і дисперсійним середовищем. Такого не спостерігається навіть у найбільш гідрофобних колоїдних системах, якими є золі металів. Внаслідок взаємодії частинок із середовищем на їх поверхні виникають сольватні шари. Певна орієнтація молекул у сольватних шарах надає частинкам колоїдних розчинів властивостей, характерних для квазітвердих тіл — високу в'язкість та пружність. При зближенні частинок сольватні шари перекриваються, зростає осмотичний тиск, а з ним і тиск відштовхування, який запобігає коагуляції. Наприклад, золі гідроксидів А1, Nі, Рb, Мn мають досить розвинуті й міцні гідратні оболонки. Для частинок цих золів зближення, що відповідає І першій потенціальній ямі (рис. 8.2), мабуть, взагалі неможливе.
Тому коагуляція відбувається у другому мінімумі з утворенням| пухких структурованих агрегатів.
Однак, у більшості ліофобних золів сольватний шар незначний і тому недостатній для забезпечення агрегативної стійкості золю. Збільшення сольватної оболонки ліофобних золів досягається додаванням речовин-стабілізаторів, які сприяють збільшенню міжфазної взаємодії. Такими стабілізаторами можуть бути ПАР та ВМС, ліофілізуючі дисперсні системи. Молекули ПАР та ВМС мають великі розміри, значні сольватні оболонки і тому, адсорбуючись на поверхні колоїдних частинок, утворюють адсорбційно-сольватні шари значної товщини і густини. Крім того, при адсорбції ВМС можуть утворюватися і гелеподібні структури, що мають велику міцність і пружність (наприклад, желатина). При стабілізації поверхня частинок набуває властивостей речовини-стабілізатора, тобто ліофілізується. Стійкість таких ліофілізованих систем близька до стійкості ліофільних систем, яким властива велика взаємодія «частинка—розчин».
Наприклад, якщо до золю золота (гідрофобний колоїд) додати невелику кількість желатини, гідрозоль золота стає більш стійким. При додаванні до нього електролітів, навіть у кількостях, що значно перевищують поріг коагуляції, а також при тривалому його стоянні, цей золь практично не змінюється. Якщо його випарувати, то при змішуванні сухого залишку з водою знову утвориться колоїдний розчин. Таким чином, типовий гідрофобний золь золота при додаванні до нього желатини набув властивостей гідрофільного золю і став зворотним. Таке явище називають захисною дією, а речовини, які надають стійкості гідрофобним золям, захисними.
Кількісно здатність ВМС захищати золі від коагуляції визначають захисним числом, яке дорівнює числу міліграмів сухої ВМС, що захищає 10 мл золю від коагуляції; при додаванні до нього 1 мл 10%-го розчину NaС1. Наприклад, додавання лише 0,01 мг желатини до 10 мл золю золота захищає його від коагуляції 1 мл 10%-го розчину NаСl. Ця величина (0,01 мг) одержала назву «золотого числа» желатини. Залежно від природи золю захисне число може бути «срібним» (для золю срібла), «залізним» (для золю гідроксиду заліза), «рубіновим» (для золю конго рубінового) і т. п.