Тема 6. Специальные разделы химии

6.1. Гетерогенные дисперсные системы Содержание материала для самостоятельного изучения

Понятие о гетерогенных дисперсных системах, их классификация по различным признакам. Принципиальная неустойчивость дисперсных систем.

Коллоидные растворы. Оптические, кинетические, электрические свойства. Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных систем. Коагуляция, порог коагуляции. Седиментация.

Поверхностно-активные вещества, их строение и свойства.

Коллоидные и микрозернистые системы в строительной практике.

Литература: [1 - гл.8, 15, §§ 8.7; 15.3]; [2 – гл.7, § 7.8]; [3-гл.Х, §§ 105…109; 112…114]. Основные теоретические положения

Гетерогенными называются системы, состоящие из двух (или более) веществ, из которых одно (дисперсная фаза) диспергировано в другом (дисперсионной среде)

В отличие от истинных растворов, являющихся однофазными, термодинамически устойчивыми, гетерогенные дисперсные системы (двух – или более фазные) принципиально неустойчивы, однако некоторые из них могут долго сохранять устойчивость и не разрушаться.

Причиной термодинамической неустойчивости гетерогенных дисперсных систем является избыточная поверхностная энергия (Е):

E = σ · S , (6.1)

где σ – удельная свободная поверхностная энергия, мДж/м²;

S – общая площадь поверхности частиц дисперсной фазы, м².

Самопроизвольное уменьшение энергии отвечает двум противоположным явлениям – разрушению системы (коагуляция в случае коллоидных растворов) или ее стабилизации.

Слипание частиц дисперсной фазы (разрушение дисперсной системы) сопровождается уменьшением величины поверхности S.

Стабилизация системы происходит в результате адсорбции ионов или молекул на границе раздела фаз (поверхностное натяжение σ уменьшается).

Вещества, снижающие свободную поверхностную энергию за счет адсорбции, называется поверхностно-активными (ПАВ).

Органические ПАВ имеют дифильное строение. В молекулах ПАВ имеются гидрофобные группы (углеводородные радикалы, содержащие не менее 8…10 атомов углерода) и гидрофильные группы ( - ОН, - NH₂, - COOH, - COONa, - SO₃Na и др.) Дифильный характер ПАВ обусловливает два явления, способствующих снижению свободной поверхностной энергии: адсорбцию на границе раздела фаз и агрегацию молекул в мицеллы.

ПАВ, имеющие в своем составе гидрофильные и гидрофобные группы, располагаются на межфазной поверхности в соответствии с правилом уравнивания полярностей. Полярная часть молекулы ПАВ при адсорбции обращена к полярной фазе, а неполярная – к неполярной:

вода углеводороды воздух

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

уголь глина вода

Молекулы пав обозначены общепринятым символом:

гидрофильная часть

гидрофобная часть