- •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
3.5.3.2 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і рідинною дисперсною фазою (тверді емульсії)
Системи з твердим дисперсійним середовищем і рідинною дисперсною фазою (Р/Т), які за аналогією з рідинними емульсіями можна вважати твердими емульсіями, зустрічаються рідко. Прикладами таких систем можуть бути т.зв. чорний фосфор, який одержують диспергуванням металічної ртуті в розплавленому фосфорі, а також природні перли, які представляють собою мінерал кальцит (CaCO3), в якому диспергована морська вода. Одначе до цього класу можна також віднести всі пористі матеріали, описані в попередньому розділі, якщо їх пори заповнені рідиною – вологий грунт, колектори нафти, тощо.
3.5.3.3 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і твердою дисперсною фазою
Дисперсні системи типу Т/Т мають найбільше поширення і найбільше значення. До цього клacy відносяться деякі забарвлені дорогоцінні і напівдорогоцінні камені, кольорові скла, емалі, гірські породи, деякі сплави, мінерали, а також такі матеріали, як металокерамічні (кермети) та композиційні (композити).
Дорогоцінні і напівдорогоцінні камені є, як правило, оксидами алюмінію або силіцію з диспергованими в них оксидами різних металів. Кольорові скла представляють собою звичайні скла, що містять незначні домішки колоїдно-диспергованої речовини, яка надає склу забарвлення. Наприклад, рубінове скло містить у вигляді дисперсної фази високодисперговане золото. Вміст золота в рубіновому склі коливається від 0,01 % (рожеве скло) до 0,1 % (яскравочервоне скло), а розмір частинок становить 4-30 нм і рідко перевищує 150 нм. Менш дорогоцінні рубінові скла можуть бути одержані диспергуванням (замість золота) таких елементів як срібло, селен, мідь. Для одержання молочного скла використовують кріоліт, кальцій флуорид, а також солі фосфатної кислоти і сполуки олова. Дуже цікавим представником таких колоїдних систем є блакитна кам'яна сіль, яка зустрічається в природі. Причиною блакитного забарвлення кам'яної солі є наявність в кристалах хлориду натрію незначної кількості (0,0001 %) колоїдно-диспергованого металічного натрію. Дуже важливими представниками системи Т/Т є гірські породи. Колоїдна або мікрогетерогенна структура багатьох вулканічних порід пояснюється тим, що різні компоненти магми при її застиганні виділяються у вигляді кристаликів і утворюють дисперсну фазу, осадові породи мають колоїдну структуру внаслідок того, що утворюються при осіданні в континентальних і морських водах найдрібніших частинок силіцій оксиду, глинистих мінералів, гумусових речовин, ферум гідроксиду, тощо. Слід замітити, що, в свою чергу, гірські породи є матеріалом, із якого в результаті вивітрювання і розмивання в природі утворюються аерозолі і ліозолі.
Дуже важливими системами Т/Т є гетерогенні сплави, до яких належить більшість технічних металів. В залежності від умов одержання сплав може мати будову, яка відповідає твердому розчину, колоїдній системі або грубо- дисперсній системі. Наприклад, в сталі ми зустрічаємося зі всіма переходами -від твердого розчину (аустеніт) через колоїдні розчини (мартенсит) до мікрогетерогенних систем (перліт). В чавуні дисперсною фазою є частинки вуглецю, розміри яких близькі до колоїдних.
Із типових колоїдних властивостей у системах з твердим дисперсійним середовищем, найкраще виражена здатність до розсіяння світла. Адже термін „опалесценція” виник від мінералу опалу, який володіє дуже сильно вираженою здатністю розсіювати світло.
Велике практичне значення мають штучні матеріали - композити і металокераміка. Оскільки вони майже неописані в навчальній літературі, зупинимося на них детальніше.