- •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
3.5.3.1 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і газоподібною дисперсною фазою (тверді піни)
Прикладом твердої природної піни може служити пемза – пориста губчаста дуже легка гірська порода вулканічного походження, яка застосовується для полірування і шліфування, а також в будівельній справі для виготовлення пемзобетону. Із штучних твердих пін можна вказати піноскло і пінобетони, які широко використовуються як будівельні та ізоляційні матеріали. Позитивними якостями цих матеріалів є мала густина, мала теплопровідність і досить велика міцність, обумовлена їх комірчастою структурою і міцністю дисперсійного середовища. Сюди потрібно віднести і штучні губчасті матеріали, виготовлені на основі полімерів (мікропориста гума, пінопласти і поропласти). В цьому розділі ми детальніше зупинимось на пінопластах і поропластах.
Пінопласти ( комірчасті полімерні матеріали) – газонаповнені пластмаси, в яких газ заповнює комірки, які між собою не з'єднані. Поряд з такими комірками звичайно є деяка кількість комірок, які з'єднуються. Пінопласти характеризуються малою об'ємною вагою, плавучістю, високими тепло-, звуко-, і електроізоляційними показниками. Властивості пінопластів визначаються ступенем спінювання, будовою комірок і хімічною природою полімера. Найбільш поширеними є такі способи виробництва пінопластів.
Спінювання полімерів у високоеластичному стані. Твердий термопластичний полімер, що містить речовини, що спінюються (тверді або рідинні), нагріваються до температури, яка на декілька градусів перевищує температуру склування. При цьому газ, який утворюється в результаті розкладу або випаровування газоутворювача, спінює полімер. Найбільше поширення одержав пресовий метод виробництва пінопластів, який полягає в пресуванні суміші порошкоподібного термопластичного полімера. При температурі І40-І60°С і тиском 100-300 атм газоутворювач розкладається з виділенням газоподібних продуктів, які розподіляються або розчиняються в розм'якшеному полімері. Після охолодження виріб виймається із пресформи і нагрівається до 100-І05°С. При цьому внаслідок розм'якшення полімера і підвищення тиску газу виріб розширяється, утворюючи пінопласт. До цього методу відноситься виробництво пінополістиролу із гранульованого або блочного полімера. В цьому випадку блочну або суспензійну полімеризацію стиролу проводять в присутності низькокиплячих рідин (ізопентан, бутан, петролейний ефір і ін.) або насичують ними готовий полімер. Спінюють останні звичайно в перфорованих формах парою або киплячою водою протягом декількох хвилин.
Спінювання в'язкорідинних полімерних композицій в процесі утворення полімера. При виготовленні за цим способом пінопласту на основі фенолоформальдегідних смол спінювання проводиться газоподібними продуктами, що виділяються при взаємодії кислих затверджувачів з металічними порошками (водень) або солями карбонатної кислоти (оксид вуглецю-ІV). При одержанні пінополіуретану вихідна суміш спінюється внаслідок утворення оксиду вуглецю-ІV при взаємодії диізоціанату з водою, яку добавляють в композицію. Полімер затверджується при кімнатній або підвищеній температурі в залежності від типу взятих компонентів. Поліуретанові композиції спінюють низькокиплячими рідинами, які випаровуються за рахунок тепла екзотермічної реакції утворення полімера.
Цей спосіб позволяє виготовити пінопласт в вигляді готових формових виробів або одержати їх безпосередньо в порожнинах виробів; можна також наносити вихідну композицію методом пульверизації на поверхню виробів, де і утворюється пінопласт.
Поропласти (губчасті матеріали) – це газонаповнені пластмаси, в яких газ заповнює комірки, що з'єднуються між собою, фізико-механічні і теплоізоляційні властивості поропластів, як і пінопластів, визначається, в основному, ступенем спінювання полімера. Пориста структура поропластів обумовлює газо- і паропроникливість і кращі, ніж у пінопластів, звукопоглинаючі властивості, оскільки система пор, які з'єднуються між собою, створює "звуковий лабіринт", в котрому втрачається енергія звукових коливань. Еластичні поропласти володіють властивістю зменшувати вібрацію і є прекрасним амортизуючим матеріалом.
Поропласти одержують спіканням гранульованого або подрібненого термопластичного полімера.
Полімер (полівінілхлорид, поліетилен і ін.) нагрівають до температури розм'якшення, в результаті чого окремі зерна спікаються, утворюючи поропласт. Іноді при спіканні застосовують тиск. Регулюючи ступінь подрібнення полімера і тиск, можна одержати поропласти з різним розміром пор. Цим способом користуються для одержання пористих фільтрів.
Також поропласти одержують вимиванням наповнювача із полімера. Наповнювачем може служити матеріал, здатний розчинятися в сполуках, які не розчиняють полімер. Розмір і кількість пор залежать від кількості і ступеня подрібнення наповнювача.
Ще один поширений метод базується на спінюванні водних розчинів сполук, здатних утворювати тримірні структури.
Водні розчини компонентів, що утворюють при взаємодії тримірний полімер (водорозчинна смола і затверджувач), з допомогою швидкообертових мішалок змішують з повітрям, в присутності піноутворюючих речовин (мила, сапоніну, сульфонафтенатів і т.п.), одержуючи при цьому рідинну піну. Стабільність рідинної піни визначається, в основному, міцністю і еластичністю структурного полімера, який утворює стінки газових комірок. При затверджуванні смоли і наступному висушуванні піни відбувається звичайно значна усадка матеріалу, яка супроводжується значним руйнуванням стінок комірок. Це обумовлює одержання пористої структури.
Метод спінювання еластомера, насиченого газом, застосовують для одержання губчастих еластомерів на основі пластифікованого полівінілхлориду. Суміш полімера з великою кількістю пластифікатора (пасти) насичують газом (звичайно СО2). Насичення відбувається або в автоклаві при від носно невеликому тиску і низькій температурі, яка забезпечує максимальне розчинення газу в пасті, або при високих температу рі і тиску в пресформі . В останньому випадку СО2 утворюється за рахунок розкладу карбонатів або гідрокарбонатів натрію і амонію. Після насичення газом тиск різко знижується до атмосферного, після чого паста спінюється. Зниження тиску при автоклавному способі здійснюється методом випуску насиченої пасти із автоклава; наступне швидке прогрівання піни забезпечує желатинізацію полівінілхлориду і одержання готового поропласту. При одержанні поропласту в пресформі зниження тиску відбувається швидким підняттям пуансона.