- •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
3.5.2 Дисперсні системи з рідинним дисперсійним середовищем
До мікрогетерогенних систем з рідинним дисперсійним середовищем відносяться системи з твердою дисперсною фазою − суспензії, рідинною дисперсною фазою − емульсії.
3.5.2.1 Суспензії
Суспензії – це дисперсні системи, в яких дисперсна фаза є твердою, а дисперсійне середовище – це рідина. Границі дисперсності суспензій визначаються границею колоїдної області ( Д < 107 м-1) і, з другої сторони, розмірами частинок, які швидко осідають в звичайних умовах (десяті частки мм).
Суспензії можуть бути одержані конденсаційними або диспергаційними методами. Конденсаційні суспензії утворюються за допомогою виділення твердої фази iз пересиченого розчину або з переохолодженого. Якщо ріст кристаликів закінчується на стадії колоїдної дисперсності, утворюється колоїдний розчин - золь. При дальшому їх pocтi виникає суспензія. Частинки дисперсної фази в таких суспензіях є правильними кристаликами або зростками дрібних кристаликів. Звичайно конденcaцiйнi cyспeнзiї малорозчинних у воді речовин утворюються в результаті хімічної реакції (наприклад S, BaSO4, СaCО3, АgI у воді).
При утворенні суспензій в процесах механічного диспергування витрачається робота W, пропорційна поверхневому натягу твердої фази на границі з навколишнім середовищем. 3і збільшенням ліофільності суспензій або адсорбції добавок з навколишнього середовища поверхневий натяг понижується і диспергування полегшується. В граничному випадку при досить малому поверхневому натягу суспензії утворюються самочинно за рахунок теплового руху або при перемішуванні. Суспензії мають виключне значення в природі i техніці. До суспензії при значному вмісті вологості відносяться ґрунти, глиняне тісто, що використовується в керамічному виробництві, цементні i вапняні розчини, що застосовуються в будівництві, глинисті бурові розчини. Суспензіями є пігменти в органічних середовищах, які застосовуються як олійні фарби, лаки. В хімічних виробництвах технологу доводиться зустрічатися з суспензіями при одержанні різних хімічних речовин в дрібнокристалічному стані Багато геологічних i ґрунтових процесів зв'язані з суспензіями (утворення осадочних порід i намивання дельт в результаті коагуляції суспензій, що переносяться водами рік).
Суспензії одночасно поглинають i розсіюють світло, хоча їх частинки за розміром більші, ніж колоїдні частинки.
Оскільки частинки суспензій володіють порівняно великими розмірами, суспензії седиментаційно нестабільні. 3 цієї ж причини суспензії не проявляють осмотичного тиску і броунівcького руху i нездатні до дифузії.
Якщо за оптичними i молекулярно-кінетичними властивостями суспензії різко відмінні від золів з твердою дисперсною фазою (колоїдних розчинів), то за агрегатною стабільністю вони мають багато спільного. Як правило, частинки cyспензії i частинки ліофобних колоїдів мають на поверхні подвійний електричний шар або сольватну плівку. Під впливом електролітів суспензії коагулюють. В певних умовах в суспензіях, як i в золях, утворюються просторові коагуляційні структури, здатні до синерезису. Явище тіксотропії в суспензіях проявляються в більшій мipi, ніж в ліофобних золях. Для суспензій характерний ряд процесів, які не властиві колоїдним системам, або протікають в останніх інакше, ніж в суспензіях. До таких процесів відносяться седиментація i флотація, які будуть розглядатися в наступних розділах, а також фiльтрація і кольматація.
Фільтрація суспензій визначається дисперсністю i ступенем агрегації частинок, а також утворенням коагуляційнної структури i здатністю її до самоущільнення в фільтруючому шарі. Тому фільтрація є складним фізико-хімічним процесом, на який впливають вci фактори, які управляють агрегацією частинок і розвитком коагуляційних структур. Не менш складний i прoцec кольматації – "вмивання" найдрібніших глинистих частинок в пори ґрунту для зниження водопроникності різних гідротехнічних споруд – дамб, греблі тощо.