колды / Konspekt_lektsiy_Kolloidnaya_khimia_5_semestr
.pdf
Оптические свойства дисперсных систем (13)
Световая и электронная микроскопия (1)
Визуальный анализ – размеры частиц не менее 1-5 мм
Оптическая микроскопия |
Электронная микроскопия |
||||||||||||
Размеры частиц ≥ 0,5 мкм. |
Размеры частиц 1нм – 5 мкм |
||||||||||||
При использовании иммерсионных |
(увеличение от 5 000 до 500 000 |
||||||||||||
препаратов и источников света с |
диаметров образца). |
||||||||||||
более короткими длинами волн |
Разность потенциалов от 30 до 100 кВ. |
||||||||||||
(УФ-диапазон) можно исследовать |
|||||||||||||
Длина волны электронов 0,54.10-2 нм |
|||||||||||||
образцы с размерами частиц порядка |
|||||||||||||
(при разности потенциалов 50 кВ) |
|||||||||||||
0,1 мкм. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
h |
1,23 |
|
|
|||
|
|
k |
|
|
|
|
|
||||||
|
d = |
|
|
|
|
= |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mv |
U 1/ 2 |
||||||||
n sin |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
Оптические свойства дисперсных систем (14)
Световая и электронная микроскопия (2)
Схема хода лучей в оптическом (а) и электронном (б) микроскопах:
1 – источник света;
2 – конденсорные линзы;
3 – исследуемый объект;
4 – линзы объектива;
5 – промежуточное изображение;
6 – проекционные линзы (окуляр);
7 – конечное изображение;
8 – фотопластинки;
9 – катод электронной пушки;
10 – анод электронной пушки.
15
Оптические свойства дисперсных систем (15)
Световая и электронная микроскопия (3)
Анализ дисперсности частиц
•полуколичественный метод сравнения
•метод счета
|
|
|
|
|
|
Для сферы |
r = 3 |
3m |
|
|
|
радиуса r: |
4 n |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для куба с |
l = 3 |
m |
|
|
|
размером ребра l: |
|
|
|
||
n |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Требования к препарату порошка или суспензии:
• определенное количество частиц (контуры изображения частиц не накладываются друг на друга, но проба является представительной);
•частицы находятся в одной оптической плоскости;
•препарат готовят из седиментационно устойчивой системы.
16
Оптические свойства дисперсных систем (16)
Световая и электронная микроскопия (3)
Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ, ТЕМ)
Двумерное представление реальной структуры.
Определение размеров и формы единичных частиц и расчет распределения частиц по размерам.
Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ, SEM)
Трехмерное представление структуры. Разрешающая способность до 1 нм.
Определение размеров, формы и структуры частиц, а также рельефа поверхности.
17
Оптические свойства дисперсных систем (17)
Ультрамикроскопия
|
|
Освещение объекта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сверху или снизу. |
|
|
|
Сбоку. |
Обычная микроскопия. |
|
|
|
Ультрамикроскопия. |
Частицы от 0,5 мкм. |
|
|
|
Частицы от 2-3 нм. |
|
|
|
||
|
Расчет размеров частиц |
|||
|
||||
Для сферы |
r = 3 |
3c |
радиуса r: |
4 v |
Для куба с |
l = 3 |
c |
размером ребра l: |
|
|
v |
с – массовая концентрация системы; v – частичная концентрация системы; х – расстояние между частицами.
l = |
cx |
|
|
− c |
|
18 |
|
|
|
||
|
|
|
|
Оптические свойства дисперсных систем (18)
Схема щелевого ультрамикроскопа
Схема щелевого ультрамикроскопа |
Ход лучей в конденсоре темного поля |
1 |
– световой поток; |
1 |
– световой поток; |
2 |
– щелевая диафрагма; |
2 |
– центральная диафрагма; |
3 |
– фокусирующая линза; |
3 |
– плоско-выпуклые линзы; |
4 |
– кювета с исследуемым золем; |
4 |
– кювета с исследуемым золем. |
5 |
– объектив; 6-окуляр. |
|
19 |
|
|
Электрические явления на поверхностях
Двойной электрический слой
Двойной электрический слой (ДЭС)
При контакте двух фаз, из которых одна является жидкой, на межфазной границе, как правило, возникает двойной электрический слой (ДЭС), который состоит из двух слоев зарядов противоположного знака.
Механизмы формирования ДЭС:
1.Переход зарядов из одной фазы в другую.
2.Преимущественная адсорбция ионов одного знака заряда из объема одной из фаз.
3.Ориентирование полярных молекул на межфазной границе.
Правило Фаянса-Панета:
Структуру кристаллической решетки могут достраивать те ионы, которые есть в ее составе или изоморфные.
Правило Кёна:
Из двух соприкасающихся фаз положительно заряжается та, которая имеет большую диэлектрическую проницаемость.
2
Двойной электрический слой (2)
Термодинамические уравнения Липпмана (1)
Для дисперсной системы с ДЭС запишем уравнение, вытекающее из первого и второго начал термодинамики (без учета химической энергии):
|
dG = −SdT + ds + dq |
(1) |
При T = const: |
dG = ds + dq |
(2) |
Полный дифференциал энергии Гиббса: |
|
|
|
dG = ds + sd + dq + qd |
(3) |
Вычитаем уравнение (2) из уравнения (3): sd + qd = 0 |
(4) |
|
Разделим все члены уравнения на площадь поверхностного слоя s:
|
d |
= −qs |
- первое уравнение Липпмана, где |
qs |
= |
q |
- заряд единицы поверхности. |
|
d |
s |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
При самопроизвольном формировании ДЭС знаки заряда и потенциала совпадают и тогда d / d 0 , то есть формирование ДЭС ведет к снижению поверхностного натяжения. При qs = 0, φ = φ(0), где φ(0) – потенциал нулевого заряда.
3
Двойной электрический слой (3)
Термодинамические уравнения Липпмана (2)
Запишем выражение для дифференциальной емкости ДЭС как конденсатора и подставим в него заряд из первого уравнения Липпмана:
C = |
dq |
; q = − |
d |
|
|
||
|
d |
s |
d |
|
|
Получаем второе уравнение Липпмана:
d 2 = −C d 2
Уравнения Липпмана позволяют рассчитать заряд поверхности и электрическую емкость ДЭС, если известна зависимость σ = f(φ), называемая электрокапиллярной кривой.
При адсорбции катионов (потенциалопределяющие ионы):
−d = +d + ; |
qs = zF + ; |
−d = qsd = zF +d |
||||||
= |
+ |
= |
RT |
ln |
a0 |
|
- уравнение электродного потенциала Нернста |
|
|
|
|
|
|||||
|
Fz |
|
Fz |
asol |
4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|