3148

2

УДК 574

Бельчинская Л.И., Новикова Л.А., Дмитренков А.И., Коллоидная химия [Текст]: методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 19.03.01 - «Биотехнология» профиль – Промышленная экология / Л. И. Бельчинская ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2017. – 30 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент канд. хим. наук, доц. кафедры неорганической химии и химической технологии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» Ю.С. Перегудов

3

3.Объем дисциплины и виды учебной работы…………………………….. 6

4.Содержание дисциплины …………………………………………………. 7

5.Лабораторный практикум, практические занятия, семинары и другие

виды аудиторных занятий……………………………………………….... 12 6.Перечень вопросов для промежуточных контро14

лей(1,2)………………………………………………………………………..

7. Методические рекомендации по организации самостоятельного изу20

чения дисциплины…………………………………………………………….

8.Перечень вопросов для итогового контроля24

экзамена……………………………………….………………………………

9.Перечень примерных тем рефератов ……………………………………... 27 Библиографический список ……………………………………………...... 28 Приложение 1. Пример оформления титульного листа реферата …….. 29

4

1.Цели и задачи дисциплины

1.1Цель курса “Коллоидная химия” - дать студентам четкое представление о фундаментальных теоретических и экспериментальных основах коллоидной химии, показать применение этих основ в практической деятельности человека.

Ознакомление студентов с основами современного учения о дисперсных систе-

мах, с особыми свойствами поверхностных слоев на границах раздела фаз, с

поверхностными явлениями, с типами дисперсных систем.

1.2.Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1.изучить теоретические основы коллоидной химии.

2.сформировать новые навыки постановки и организации экспериментов,

3.уметь самостоятельно оценивать конечный результат эксперимента на осно-

ве соответствия его физическому смыслу,

4.уметь выполнять математическую обработку полученных результатов.

1.3.Дисциплина «Коллоидная химия» относится к вариативной части обязательной дисциплины основной профессиональной образовательной программы, индекс по учебному плану Б1.В.ОД.4

2.Требование к результатам освоения дисциплины

2.1. Для эффективного освоения дисциплины «Коллоидная химия» у обучающегося должны быть сформированы следующие предварительные компетенции или их части:

а) способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческих позиций;

б) способность использовать знания о современной физической картине мира, пространственно-временных закономерностях, строении вещества для понимания окружающего мира и явлений природы;

в) сформированность представлений о месте коллоидной химии в современной научной картине мира; понимание ее роли в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач.

5

2.2. Студент по результатам освоения дисциплины «Коллоидная химия» должен обладать следующими компетенциями (ПК):

общекультурные компетенции (ОК):

способность использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции (ОК-1);

способность и готовность использовать основные законы естественно научных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-2).

2.3. В результате освоения дисциплины студент должен:

– знать термодинамику поверхностных явлений: поверхностное натяже-

нии и поверхностную энергии, механизмы процессов формирования поверхно-

стного слоя, механизмы образования и строения двойного электрического слоя,

электрокинетические явления на поверхности, об устойчивости и коагуляции в дисперсных системах, об особенностях оптических свойств дисперсных систем,

рассеянии, поглощении света, окраски золей.

–уметь рассчитывать энергетические параметры адсорбции, различать поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Знать свойства растворов коллоидных ПАВ, управлять и использовать поверхностные явления.

–владеть теоретическими основами коллоидной химии, основными зако-

нами коллоидной химии при обсуждении полученных результатов , представ-

лением об особенностях дисперсных систем, методологией выбора методов ис-

следования коллоидных систем и поверхностных свойств, навыками их приме-

нения.

6

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

7

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

Дисциплина “Коллоидная химия” для бакалавров направления подготовки «Биотехнология» включает следующие вопросы: дисперсные (коллоидные) системы и формы получения лиофобных коллоидов, поверхностные явления и особые свойства поверхности раздела фаз, адсорбционные равновесия, кинетические и электрические свойства и методы исследования дисперсных систем, устойчивость и коагуляция коллоидных систем, структурно-механические свойства дисперсных систем, оптические свойства дисперсных систем, молекулярно-кинетические свойства высокодисперсных систем, виды дисперсных систем.

Все виды аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов по-

строены в виде логически связанной единой блочной системы, включающей

обязательную систематическую подготовку студентов к лабораторным и семи-

нарским занятиям, сдачу отчетов по самостоятельной работе, отчетов по лабо-

раторным работам, текущему контролю и блочных семестровых экзаменов (по

желанию), подготовке научных рефератов, занятие экспериментальной научной

работой.

В таблицу 2 включены основные разделы дисциплины “Коллоидная хи-

мия” и сведения по видам работ, относящимся к данной дисциплине.

Таблица 2

8

4.2. Содержание разделов дисциплины

Раздел 1. Дисперсные (коллоидные) системы и формы получения лиофобных коллоидов

Признаки объектов коллоидной химии. Значение и пути развития колло-

идной химии. Специфические особенности высокодисперсных систем. Класси-

фикация дисперсных систем. Лиофильные и лиофобные коллоидные системы.

Получение и очистка коллоидных систем. Диспергационные и конденсацион-

ные методы. Метод пептизации. Методы очистки: диализ, электродиализ, ульт-

рафильтрация.

Раздел 2. Поверхностные явления и особые свойства поверхности раздела фаз, адсорбционные равновесия

Термодинамика поверхностных явлений.. Термодинамические параметры поверхностного слоя. Геометрические параметры поверхности. Удельная сво-

бодная поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Факторы, влияю-

щие на величину поверхностного натяжения. Внутренняя (полная) удельная поверхностная энергия. Зависимость энергетических параметров поверхности от температуры. Механизм процессов самопроизвольного уменьшения поверх-

ностной энергии и формирование поверхностного слоя. Поверхностно-

активные и инактивные вещества. Свободная поверхностная энергия твердых тел. Методы определения поверхностного натяжения. Адгезия и смачивание.

Мера смачивания. Уравнение Юнга. Значение смачивания. Связь работы адге-

зии с краевым углом. Растекание.

9

Основные закономерности адсорбции. Адсорбция как поверхностное явление.

Количественное и графическое описание адсорбции. Уравнение Генри, Фрейн-

длиха, Ленгмюра. Капиллярные явления. Адсорбция на гладких поверхно-

стях. Адсорбция на границе жидкость-газ. Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса. Гиббсовская адсорбция. Ее особенности. Построение изо-

термы адсорбции по изотерме поверхностного натяжения. Адсорбция ПАВ.

Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе. Принцип независимости поверхностного действия Ленгмюра. Предельная адсорбция. Уравнение Шиш-

ковского и его анализ. Поверхностные пленки нерастворимых веществ. Ис-

пользование пленок.Адсорбция газов на твердых поверхностях. Энергетические и динамические характеристики адсорбции газов и паров твердыми телами. Те-

плоты адсорбции. Классические теории адсорбции газа. Теория мономолеку-

лярной адсорбции Лэнгмюра. Потенциальная теория полимолекулярной ад-

сорбции Поляни. Адсорбция на пористых адсорбентах. Значение и недостатки теории Поляни. Дальнейшие представления о многослойной адсорбции. Пять основных типов изотерм адсорбции. Уравнение изотермы адсорбции БЭТ, его анализ. Метод низкотемпературной адсорбции БЭТ. Адсорбция на границе твердое тело - жидкость. Молекулярная адсорбция. Правило выравнивания по-

лярностей. Ребиндера. Адсорбция ионов. Обменный характер ионной адсорб-

ции. Ионообменные смолы. применение ионного обмена. Капиллярные явле-

ния. Капиллярная конденсация

Раздел 3. Кинетические и электрические свойства и методы исследования дисперсных систем

Седиментация и седиментационный анализ дисперсности. Свободнодис-

персные системы. Некоторые методы и приемы седиментационного анализа.

Электрокинетические явления (электроосмос, электрофорез, потенциал течения и седиментации). Причины их возникновения. Значение. Механизмы образова-

10

ния и строения двойного электрического слоя. Классические теории строения двойного электрического слоя: Гельмгольца - Перрена, Гуи-Чапмена, Штерна.

Электрокинетический потенциал и методы его определения. Факторы, влияю-

щие на величину электрокинетического потенциала. Изоэлектрическое состоя-

ние. Учет специфической адсорбции ионов в теории двойного электрического

слоя. Явление перезарядки коллоидных частиц.

Термодинамические соотношения между поверхностным натяжением и элек-

трическим потенциалом. Электрокапиллярные явления. Влияние поверхностно-

Раздел 4. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем

Проблема устойчивости дисперсных систем. Виды устойчивости. Влияние температуры. Термодинамические основы и факторы устойчивости дисперсных систем. Седиментация в дисперсных системах. Термодинамические и кинети-

ческие факторы агрегативной устойчивости. Коагуляция, ее стадии, причины.

Правила электролитной коагуляции. Кинетика коагуляции. Кинетика коагуля-

ции. Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита. Кривые кинетики коагуляции. Теории электролитной коагуляции. Недостатки химиче-

ской адсорбционной и электростатической теории коагуляции электролитами.

Современная теория устойчивости и коагуляции лиофобных дисперсных сис-

тем. Значение теории Дерягина, Ландау, Фервея и Овербека (теория ДЛФО).

Закономерности коагуляции гидрофобных систем электролитами. Особые слу-

чаи коагуляции, явление неправильных рядов или чередование зон устойчиво-

сти, совместное действие электролитов, привыкание коллоидных систем. Защи-

та коллоидных систем. Значение коагуляции. Современные представления о факторах стабилизации коллоидных систем: электростатическом, сольватаци-

онном, структурно-механическом, энтропийном. Стабилизирующее действие