Поверхностные явления и дисперсные системы (90

3.Охарактеризовать броуновское движение частиц дисперсных систем. Установить взаимосвязь между средним сдвигом частиц и ко- эффициентом диффузии.

4.Привести и охарактеризовать кривые осаждения монодисперс- ных, бидисперсных и полидисперсных систем.

5.Напишите уравнение для скорости седиментации в гравитаци- онном поле. Каков физический смысл входящих в него величин? Из- менением каких параметров системы можно изменить скорость осаж- дения частиц?

6.Объяснить сущность седиментационно-диффузионного равно-

весия.

7.Используя уравнение седиментационно-диффузионного равно- весия, рассчитайте концентрацию частиц дыма на высоте 1 м, если на

исходном уровне их концентрация была 1,5·10-3 кг/м, плотность ρ = 1,2 г/см3, температура Т = 290 К, плотностью воздуха пренебречь.

Задание 9

1.Охарактеризовать молекулярно-кинетические явления в кол- лоидных системах.

2.Указать наиболее существенные различия в оптических пока- зателях коллоидных систем и растворах.

3.Назвать виды устойчивости коллоидных систем и чем они ха- рактеризуются.

4.Каковы условия соблюдения закона Стокса для седиментации. Какие отклонения наблюдаются при несоблюдении этих условий?

5.Объяснить, как можно определить размеры дисперсных частиц или их концентрацию в лиозолях по осмотическому давлению.

6.Показать назначение дифференциальных кривых распределе- ния частиц по размерам. Как изменяется вид кривых распределения по мере приближения полидисперсной системы к монодисперсной?

7.Используя уравнение седиментационно-диффузионного равно-

весия, рассчитайте высоту, на которой концентрация частиц Al2O3 с радиусом 10-8 м будет вдвое меньше, чем на дне сосуда. Температура

Т= 293 К, плотность дисперсной фазы ρ = 4,0 г/см3, плотность диспер- сионной среды ρ0 = 1,0 г/см3.

Задание 10

1. Охарактеризовать явление диффузии и показать связь коэффи- циента диффузии с размерами частиц.

31

2.Определить размеры частиц яичного альбумина, находящихся

вводе при 293 К, если коэффициент диффузии D = 7,8·10-11 м2/с, а вяз-

кость воды равна η0 = 1·10-3 Па·с.

3.Объяснить причины рассеяния света золями. Что такое «конус Тиндаля»?

4.Показать, как влияет размер частиц дисперсной фазы на зави- симость оптической плотности от длины волны падающего света.

5.Какие системы называют монодисперсными и полидисперс- ными? Какими параметрами характеризуют полидисперсность?

6.Описать сущность метода седиментационного анализа суспен- зий. Показать практическое применение этого метода.

7.Вычислить и сравнить скорости оседания в воздухе частиц аэ- розоля хлорида аммония радиусом 10-6, 10-7, 10-8 м. Плотность дис-

персной фазы ρ = 1,55·103 кг/м3, плотностью воздуха можно пренеб- речь, вязкость дисперсионной среды (воздуха) η = 1,8·10-5 Па·с, темпе- ратура Т = 293 К.

Задание 11

1.Охарактеризовать природу молекулярно-кинетических явле- ний и перечислить эти явления.

2.Объяснить, что такое броуновское движение и средний сдвиг.

3.Определить средний сдвиг капель эмульсии радиусом 10 нм за

время τ = 4 с при Т = 293 К и вязкости среды η0 = 1·10-3 Па·с.

4.Объяснить, что такое оптическая плотность и каковы ее значе- ния в истинных растворах и коллоидных системах.

5.Привести уравнение Рэлея, дать его анализ и показать границы его применения.

6.Написать уравнение Стокса для скорости седиментации в гра- витационном поле. Показать физический смысл входящих в него ве- личин. Изменением каких параметров системы можно изменять ско- рость осаждения частиц?

7.Пользуясь графическим методом, рассчитать и построить кри- вую распределения суспензии песка в анилине по следующим экспе- риментальным данным седиментационного анализа:

32

h = 12·10-2 м.

Задание 12

1.Объяснить природу молекулярно-кинетических явлений. Пе- речислить их и охарактеризовать.

2.Определить осмотическое давление мучной пыли при 293 К, если ее концентрация 1,5·10-2 кг/м3, средний радиус частиц 40 мкм, плотность 1,3·103 кг/м3.

3.Проанализировать уравнение Рэлея. Применить уравнение для объяснения голубого цвета неба, воды.

4.Объяснить влияние размеров частиц на зависимость оптиче- ской плотности от длины волны падающего света.

5.В серии экспериментов по рассеянию света для коллоидной системы варьировалось два параметра – длина волны падающего света

λи концентрация дисперсной фазы С. В первой серии опытов указан-

ные параметры имели следующие значения: С1 = 0,1%; λ1 = 400 нм, а для второй – С2 = 0,2%, λ2 = 582 нм. Указать в какой серии опытов ин- тенсивность рассеянного света больше и почему.

6.Как определить размер частиц суспензии в условиях седимен- тационно-диффузионного равновесия?

7.Построить кривую седиментации и, используя метод касатель- ных, рассчитать и построить дифференциальную кривую распределе- ния частиц суспензии оксида железа Fe2O3 по размерам. Диспер-

сионная среда – вода, плотность которой ρ0 = 1 г/см3, вязкость

Задание 13

1.Показать, каким параметром характеризуется интенсивность броуновского движения. Какова взаимосвязь этого параметра с разме- рами частиц?

2.Рассчитать коэффициент диффузии D и среднеквадратичный

33

3. Показать, в каком случае и во сколько раз интенсивность рас- сеянного дисперсной системой света больше: при освещении синим светом (λ1 = 410 нм) или красным светом (λ2 = 630 нм). Светорассея- ние происходит в соответствии с уравнением Рэлея, и интенсивности падающих монохроматических пучков света равны.

4.Объяснить, какие золи называют «белыми». Какова взаимо- связь между оптической плотностью и мутностью «белых» золей?

5.Как определить размеры дисперсных частиц в гидрозолях по осмотическому давлению.

6.Объяснить, что такое седиментационно-диффузионное равно- весие. Чем характеризуется кинетическая (седиментационная) устой- чивость системы? Как определить размеры частиц в условиях седи- ментационно-диффузионного равновесия?

7.Построить кривую осаждения и, используя метод касательных, рассчитать и построить дифференциальную кривую распределения частиц суспензии фторида кальция CaF2 по размерам. Дисперсионная

Задание 14

1.Объяснить, что такое диффузия, как определить скорость диф- фузии и массу диффундированного вещества.

2.Объяснить причины явления осмоса и как определить осмоти- ческое давление.

3.Охарактеризовать природу броуновского движения и его ин- тенсивность.

4.Рассчитать коэффициент диффузии D и среднеквадратичный

5.Охарактеризовать оптические методы, используемые для оп- ределения размеров частиц дисперсной фазы в дисперсных системах. Указать границы применимости этих методов.

6.Проанализировать уравнение Рэлея. Применить уравнение Рэлея для объяснения красного цвета на горизонте при закате солнца и применимость красного цвета для сигнализации.

34

7. Пользуясь экспериментальными данными седиментации окси- да кремния SiO2 в воде, полученными с помощью торзионных весов, построить кривую седиментации и, применяя метод касательных, по- строить дифференциальную кривую распределения частиц суспензии по размерам.

Плотность SiO2 ρ = 2,2 г/см3, плотность воды ρ0 = 1·г/см3, вяз- кость воды η0 = 1 мПа·с. Высота оседания h = 0,2 м.

Задание 15

1.Указать, какие свойства дисперсных систем называют молеку- лярно-кинетическими.

2.Вычислить величину среднего сдвига коллоидных частиц гид-

розоля гидрата окиси железа при 293 К за время τ = 4 с, если радиус частиц r = 10-8 м, вязкость воды η0 = 10-3 Н·с/м2.

3. Вычислить величину осмотического давления дыма мартенов- ских печей концентрации С = 1,5·10-3 кг/м3. Средний радиус частиц аэ- розоля r = 2·10-8 м, плотность ρ = 2,2·103 кг/м3, Т = 293 К.

4.Указать основные причины, обусловливающие появление рас- сеянного света в коллоидных системах. Проанализировать уравнение Рэлея.

5.Какими оптическими методами можно измерить размеры кол- лоидных частиц? Указать, на каких явлениях они основаны.

6.Объяснить, что такое седиментационная устойчивость колло- идных систем. Привести примеры седиментационно-устойчивых и не- устойчивых систем.

7.Построить кривую седиментации и, используя метод касатель- ных, рассчитать и построить дифференциальную кривую распределе- ния частиц суспензии оксида титана по размерам. Дисперсионная сре-

35

Задание 16

1.Объяснить, чем обусловлено броуновское движение частиц дисперсных систем. В каких системах возможно броуновское движе- ние, в каких оно отсутствует? Привести примеры.

2.Охарактеризовать взаимосвязь между коэффициентом диффу- зии и средним сдвигом частиц.

3. Определить средний сдвиг для частиц гидрозоля за время 10 с, если радиус частиц r = 0,05 мкм, температура опыта Т = 293 К, вязкость среды η0 = 10-3 Па·с.

4.Коэффициент диффузии коллоидных частиц золота в воде при 298 К равен D = 2,7·10-6 м2/сут. Определить дисперсность частиц гид- розоля золота. Вязкость воды при 298 К равна 8,94·10-4 Па·с.

5.Объяснить, чем обусловлено светорассеяние в дисперсных системах и истинных растворах. Какими параметрами количественно характеризуется рассеяние света в системе?

6.Объяснить, что такое седиментационно-диффузионное равно- весие. Как можно определить размер частиц в условиях седиментаци- онно-диффузионного равновесия?

7.Построить кривую седиментации и, используя метод касатель- ных, рассчитать и построить дифференциальную кривую распределе- ния частиц суспензии глины в воде по размерам.

Плотность глины ρ = 2,73 г/см3. Плотность воды ρ0 = 1·г/см3, вяз- кость воды η0 = 1·10-3Па·с. Высота оседания h = 0,2 м.

36

7.Микрогетерогенные дисперсии и дисперсионный анализ: ру- ководство к лабораторным работам / сост. С.В. Крупин; Казан. хим.- технол. ин-т. – Казань, 1981. – 40 с.

8.Практикум по физикохимии растворов и дисперсий полимеров

/сост.: С.В. Крупин [и др.] Казан. гос. технол. ун-т. – Казань, 2003. – 154 с.

9.Оптические свойства коллоидных систем: конспект лекций / сост. В.А. Мягченков; Казан. хим.-технол. ин-т. – Казань, 1994. – 28 с.

38

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Составители: А.Я.Третьякова А.А. Коноплева Д.М. Торсуев А.И. Курмаева

Редактор Е.И. Шевченко

39