25. Какие поверхностные явления сопровождают технологические процессы? Перечислите и дайте их краткую характеристику.

технологические процессы сопровождают такие поверхностные явления, как: Адсорбция - самопроизвольное концентрирование растворённого или газообразного вещества на границе раздела фаз в поверхностном слое, самопроизвольный процесс перехода вещества из объемной фазы в поверхностный слой.

Десорбция - процесс, обратный адсорбции.

Смачивание - процесс, который сопровождается взаимодействием жидкости с твёрдым телом или с двумя жидкостями. Характеризует сродство адгезива с субстратом. В зависимости от количества фаз различают: иммерсионное - принимают участие 2 фазы - твёрдое тело и жидкость. Оно реализуется при смачивании порошков, то есть при полном погружении твёрдого тела в жидкость.

контактное - принимают участие 3 фазы.

Адгезия (прилипание)- взаимодействие между поверхностями двух различных фаз разной природы. Обусловлена межмолекулярными взаимодействиями. Что прилипает - адгезив, к чему прилипает - субстрат. Когезия(слипание) - взаимодействие между одинаковыми по природе частицами ВНУТРИ однородной гомогенной фазы. Косвенно относится к поверхностным явлениям.(учитывается при смачивании)

Капиллярные явления - явление подъема или опускания жидкости в капиллярах — узких трубках, каналах произвольной формы, пористых телах.

Электрокинетические явления - Отражают связь, которая существует между относительным перемещением фаз и электрическими свойствами границы их раздела. Различают:

явления 1 рода

Электрофорез - перемещение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде под действием внешнего электрического поля.

Электроосмос - направленное движение дисперсионной среды относительно твёрдой поверхности в капиллярах и пористых телах под действием внешнего электрического поля.

явления 2 рода

Потенциал течения(протекания) - возникновение разности потенциалов при протекании растворов электролитов через пористые материалы и мембраны под действием разности давлений. Процесс, обратный электроосмосу.

Потенциал оседания (седиментационный) - возникает при оседании частиц дисперсной фазы в жидкой дисперсионной среде. Процесс, обратный электрофорезу.

Коагуляция - процесс слипания частиц, которые имеют одинаковую природу и знак заряда поверхности.

26. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра: основные положения теории, вывод уравнения изотермы адсорбции и ее анализ.

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра

Теория мономолекулярной адсорбции, которую разработал американский химик И. Ленгмюр, основывается на следующих положениях.

-Энергия от адсорбции всех молекул одинакова то есть поверхность адсорбента энергетически эквипотенциальна

-Адсорбция локализована на адсорбционных центрах ,каждый из которых взаимодействует только с одной молекулой адсорбата. Таким образом при насыщении поверхности адсорбента адсорбатом образуются мономолекулярный слой

-Адсорбционные молекулы образуют адсорбционный комплекс не способны свободно перемещаться по поверхности и не взаимодействуют с друг с другом

-Адсорбцию газа на твердом адсорбенте можно рассматривать как квазихимическую реакцию

Где c и p- концентрации давления адсорбата соответственно

К- константа адсорбционного равновесия выражена через отношение констант скоростей процессов адсорбции и десорбции . Она характеризуется сродство адсорбата к адсорбенту ,то есть их энергию взаимодействия. Чем сильнее это взаимодействие ,тем больше константа от адсорбционного равновесия .константа К увеличивается в 3— 3,5 раза при удлинении цепи на одно звено- CH2

А∞- предельная адсорбция или емкость монослоя, то есть количество адсорбционного вещества ,покрывающее поверхность от адсорбента плотным монослоем

I — почти горизонтальный участок, который соответствует большим концентрациям, отвечает поверхности адсорбента, полностью насыщенным адсорбтивом. Величина удельной адсорбционной способности в этом случае не зависит от равновесной концентрации адсорбтива в растворе, что свидетельствует об образовании на поверхности мономолекулярного слоя. Описывается уравнением Генри:

А=Кг*с

II — соответствует промежуточным степеням заполнения поверхности. Описывается уравнением

Таким образом уравнение ленгмюра способно охватить экспериментальные данные во всем диапазоне концентраций

III — почти все адсорбционные центры уже заняты и свободных центров на поверхности почти нет.

А=А∞

27. Что такое коагуляция? С потерей какого вида устойчивости она связана? Какие виды коагуляции Вы знаете? Дайте их краткую характеристику. Какие из них находят практическое применение и в каких областях?

Коагуляция – процесс слипания частиц, которые имеют одинаковую природу и знак заряда поверхности. (сгущение, свертывание). Образуются более крупные агрегаты, что приводит к разрушению дисперсной системы, т.е разделению ее на фазы. Теряется агрегативная устойчивость – это способность системы сохранять неизменно во времени размеры частиц и их индивидуальность(противостоять процессу укрупнения частиц).

По отношению к агрегации дисперсные системы делят на:

– Термодинамически устойчивые - лиофильные системы, самопроизвольно диспергирующиеся и существующие без дополнительной стабилизации (р-ры коллоидных ПАВ, р-ры ВМС,бентонитовые глины). При образовании этих систем свободная энергия Гиббса уменьшается.

– Термодинамически агрегативно неустойчивые – лиофобные системы. Их неустойчивость обусловлена избытком поверхностной энергии. не могут быть получены самопроизвольным диспергированием (золи, суспензии, эмульсии) и существуют только при наличии электролита-стабилизатора.

Виды коагуляции:

Флокуляция – 1 этап коагуляции. Образование агрегатов из нескольких частиц, разделенных прослойками среды. Более глубокий процесс коагуляции приводит к разрушению прослоек среды и непосредственному контакту частиц. Это обратимый процесс. Пептизация – диспергирование агрегатов. Флокуляция усиливает введение в систему специальных веществ, называемых флокулянтами. К ним относятся растворимые в воде высокомолекулярные соединения. Они адсорбируются одновременно на нескольких частицах с образованием полимерных мостиков, связывающих частицы между собой, то есть оказывают собирающее действие. Делятся на природные, синтетические, органические и неорганические. Наиболее эффективные флокулянты – поликремниевая кислота, крахмал, полиакриламид. Область применения: очистка природных и сточных вод, технологические процессы, химической и нефтянной промышленности. Селективную флокуляцию используют для повышения эффективности флотационного разделения высокодисперсных минералов и очистки буровых растворов от мелких частиц породы.

Коалесценция – самопроизвольное слияние капель в эмульсиях туманах, объединение пузырьков газа в пенах. (для разделения смеси масла с водой)

ортокинетическая. При наличии в системе крупных частиц наряду с мелкими процесс коагуляции ускоряется. Т.е более крупные частицы быстрее оседают и увлекают за собой более мелкие, создавая тем самым благоприятные условия для коагуляции. Эта коагуляция наблюдается в полидисперсных системах.

Перекинетическая – процесс слипания частиц в результате их соударений в процессе броуновского движения.

Гетерокоагуляция – слипание различных по природе частиц, которые отличаются знаком и величиной поверхностного заряда. Широко используют в процессах водоподготовки и очистки природных и сточных вод.

Гетероадагуляция (гетерогенная адгезионная коагуляция). Прилипание частиц дисперсной фазы на вводимой в систему чужеродной поверхности вследствие того, что стабилизатор адсорбируется на введенной в систему поверхности и его концентрация в системе уменьшается.

Электрокоагуляция – коагуляция под действием электрического тока.

28. Какие составляющие расклинивающего давления рассматривает физическая теория устойчивости ДЛФО? Приведите примеры потенциальных кривых взаимодействия между частицами для дисперсных систем с различной степенью устойчивости. (здесь стоит прочитать вопрос 33, чтобы в случае чего дополнить)

Для лиофобных систем в большинстве случаев имеют наибольшее значение электростатическая и молекулярная составляющая:

𝞹=𝞹э+𝞹м

Таким образом, в теории ДЛФО учитываются силы электростатического отталкивания Uэ(h) и силы молекулярного притяжения Uм(h). Если Uэ(h) больше Uм(h), то происходит отталкивание между сближающимися частицами и система устойчива, а если меньше происходит коагуляция.

Взаимодействие 2 частиц дисперсной фазы характеризуют с помощью потенциальных кривых – зависимостей энергий взаимодействия между частицами (U) от расстояния между ними (h).

Различают три наиболее характерных вида потенциальных кривых, отвечающих определенным состояниям агрегативной устойчивости.

КРивая 1 – состояние, при котором на любом расстоянии между частицами энергия притяжения преобладает над энергией отталкивания. Это не меняет даже тепловое движение частиц. При таком состоянии характерна быстрая коагуляция. с образованием агрегатов; в системах с жидкой и газообразной дисперсными фазами происходит коалесценция.

Кривая 2 указывает на наличие достаточно высокого потенциального барьера и вторичного минимума. В системе, находящейся в таком состоянии, происходит быстрая флокуляция частиц (перед вторичным минимумом отсутствует потенциальный барьер) на расстояниях, соответствующих второму минимуму. Из-за наличия высокого потенциального барьера перед первичным минимумом частицы во флокулах не имеют непосредственного контакта и разделены прослойками среды. Такое состояние отвечает обратимости коагуляции. Пептизация возможна после устранения вторичного минимума или уменьшения его значения ниже kбТ.

Кривая 3 отвечает состоянию системы с высоким потенциальным барьером при отсутствии вторичного минимума или при его глубине, меньшей тепловой энергии. Вероятность образования агрегатов частиц в таких условиях очень мала, и дисперсные системы обладают большой агрегативной устойчивостью.