- •Понятие о дисперсных системах
- •Дисперсные системы
- •Особенность дисперсных систем состоит в их дисперсности – одна из фаз обязательно должна
- •Дисперсные системы можно классифицировать по многим признакам, что связано с огромным множеством объектов,
- •Именно размер частиц (линейный размер, а не вес и не число частиц атомов
- •В области коллоидной степени дисперсности, т. е. в области размеров от 1 нм
- •Вещества, полученные в коллоидном состоянии, как правило, обладают более интенсивной окраской, большей прочностью
- •При измельчении твердых материалов до наноразмерного состояния наблюдается переход от зонной электронной структуры
- •Резкое изменение свойств вещества с повышением дисперсности связано с быстрым увеличением суммарной
- •Таким образом, самые важные и неотъемлемые черты всякой дисперсной системы – гетерогенность и
- •основные характеристики являются количественной
- •2.Дисперсность (раздробленность) – D.
- •Как влияет геометрия частиц на величину площади удельной поверхности
- •Следующим вариантом классификации дисперсных систем является классификация по числу характеристических
- •дисперсные системы состоят из
- •лиофильные (гидрофильные, если ДС – вода): мицеллярные растворы ПАВ, критические эмульсии, микроэмульсии, водные
- •Термодинамически агрегативно устойчивы, т.е.устойчивы в отношении образования агрегатов коллоидных частиц.
- •лиофобные (гидрофобные, если ДС – вода): эмульсии, суспензии,
- •Взаимодействие частиц дисперсной фазы при выделении классификационных типов дисперсных систем
- •Дисперсные системы любого типа, полученные в концентрированном состоянии (пасты, мази, густые золи, кремы,
- •Классификация дисперсных
- •МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
- •лиофильных, реализуется самопроизвольное образование,причем образующиеся системы
- •Для лиофобных систем, напротив, характерно слабое взаимодействие между частицами дисперсной фазы и дисперсионной
- •Они могут быть получены путем принудительного диспергирования или конденсации, т. е. для их
- •Один из основных способов диспергирования материалов – это механическое диспергирование.
- •Физическое диспергирование, в отличие от механического, предполагает использование таких приемов измельчения материалов, которые
- •К электрическим методам физического диспергирования относят
- •В качестве физико-химических методов диспергирования рассматривают пептизацию и метод электрического распыления материалов в
- •Суть метода электрического распыления материалов в
- •КОНДЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.
- •К конденсационным способам получения дисперсных систем относятся конденсация, кристаллизация и
- •Как и в случае диспергационных методов получения дисперсных систем, выделяют физическую, физико- химическую
- •Среди основных физических методов конденсации выделяют
- •Метод замены растворителя представляет собой физико-химический подход к получению дисперсных систем, основанный на
- •Итак, используя один из многочисленных методов получения дисперсных систем можно синтезировать практически любое
- •В общем случае при синтезе реагенты берутся не в строго эквивалентных соотношениях. Пусть
- •агрегата. Однако логично предположить, что наиболее «охотно» будут адсорбироваться именно те ионы, которые
- •Необходимо обратить внимание на то, что в некоторых случаях полученный золь может
- •В примере, описывающем получение золя AgI, в растворе остается значительное количество ионов –
- •Для удаления низкомолекулярных примесей (в частности, дестабилизирующих электролитов) золи после получения часто подвергают
- •диализ
- •Небольшие молекулы и ионы из золя проникают через мембрану и диффундируют в воду,
- •Ультрафильтрация
- •Применение мембран с определенным размером пор позволяет разделить коллоидные частицы на фракции по
- •различия между физическими явлениями, лежащими в основе диализа и ультрафильтрации?
- •Поверхностные явления
- •Поверхность раздела фаз в коллоидной химии – это граничная область между фазами,слой определенной
- •Поверхностные явления – это процессы, возникающие на любой границе раздела двух или нескольких
- •Поэтому для поверхностных молекул жидкости равнодействующая молекулярных сил не равна нулю и направлена
- •Все особенности дисперсных систем, связанные с поверхностными явлениями (например, поверхностное натяжение, способность к
- •-растворение веществ происходит быстрее после их измельчения; - повышенная реакционная способность высокодисперсных
- •Теория адсорбции
- •Наряду со смачиванием поверхности твердого тела жидкостью и растеканием жидкости по поверхности другой
- •Гиббсовская адсорбция – это избыток или недостаток вещества в межфазном поверхностном слое, приходящийся
- •Вещества, которые при адсорбции на границе раздела понижают ее поверхностное натяжение, называют
- •Вещества, которые увеличивают поверхностное натяжение, называют поверхностно-инактивными веществами (ПИВ). Они
- •Количественное соотношение между удельной адсорбцией растворенного вещества и изменением поверхностного натяжения раствора с
- •Из уравнения Гиббса следует, что величину адсорбции растворенного вещества можно определить по изменению
- •Физическая адсорбция обусловлена действием физических сил
- •Химическая адсорбция (хемосорбция) происходит за счет образования химических связей между молекулами (ионами, атомами)
- •Работы адсорбции, сопровождающейся ориентацией молекул.
- •МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
- •Коллоидные системы обладают молекулярно-кинетическими свойствами, к которым относятся диффузия, броуновское движение и осмос.
- •Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием
- •электрические свойства дисперсных систем
- •Наиболее важное электрокинетическое явление, которое типично для дисперсных систем – это электрофорез, т.
- •Оптические свойства коллоидных систем
- •Оптическая неоднородность коллоидных систем приводит к изменению их оптических свойств по сравнению с
- •Изучение оптических свойств коллоидных систем дает много сведений о коллоидных частицах в растворе
- •Сведения об оптических свойствах коллоидных систем имеют и важное практическое значение, поскольку такие
- •Теоретически эффект Тиндаля был обоснован Рэлеем. Он сумел вывести уравнение, связывающее интенсивность рассеиваемого
- •3.При опалесценции под действием белого света при боковом освещении бесцветные коллоидные системы обнаруживают
- •4.Опалесценция золей (особенно, металлических) интенсивнее, чем растворов высокомолекулярных соединений из-за большей плотности, а
- •Из уравнения Рэлея можно сделать следующие выводы:
- •Устойчивость дисперсных систем
- •Было предложено различать кинетическую и агрегативную устойчивости. В первом случае рассматривается выделение диспергированной
- •1) Термодинамическая (агрегативная) неустойчивость прояв-
- •Возможны два разных процесса уменьшения поверхностной энергии дисперсной системы:
- •2) Седиментационная неустойчивость. Вызывается различием
- •3) Фазовая неустойчивость. Имеется в виду изменение структуры
- •4) Поверхностная неустойчивость. Ее причины различны.
- •Воздействия на дисперсные системы,которые могут снизить их агрегативную и едиментационную устойчивости, а также
- •Коагуляция гидрофобных золей электролитами
- •Индифферентные (от лат. indifferens – безразличный) электролиты не способны прочно адсорбироваться на поверхности
- •Электролиты называют неиндифферентными по отношению к данному гидрозолю, если они способны прочно адсорбироваться
- •Какие электролиты (индифферентные или неиндифферентные) в большей степени влияют на устойчивость гидрозолей?
- •Структурированные дисперсные системы
- •Коагуляционные структуры имеют золь Fe(OH)3, суспензии глин, минеральные краски. Гелеобразованию способствуют высокие концентрации
- •Коагуляционные структуры, пластичны, иногда эластичны, обладают свойством ползучести (т.е способны к медленному развитию
- •Конденсационно- кристаллизационные структуры возникают
- •Структурно- механические свойства дисперсных систем.
- •Вязкость коллоидной системы зависит от концентрации дисперсной фазы, природы дисперсионной среды и дисперсной
- •Пластичность- это способность дисперсных систем обратимо разжижаться при механическом воздействии и отвердевать при
- •Высокомолекулярные соединения
- •3.В отличие от лиофобных коллоидов растворы ВМС представляют собой равновесные системы, к которым
- •6. Являясь истинными растворами, растворы ВМС отличаются от растворов низкомолекулярных соединений. Огромные размеры
- •1)Осмотическое давление растворов ВМС не подчиняются закону Вант-Гоффа
- •4)Растворы ВМС обладают высокой вязкостью.
- •7)Для растворов ВМС характерно явление спонтанного, самопроизвольного изменения вязкости при длительном хранении растворов.
Коагуляционные структуры имеют золь Fe(OH)3, суспензии глин, минеральные краски. Гелеобразованию способствуют высокие концентрации дисперсной фазы, повышение температуры (однако при слишком высокой температуре структура может разрушаться). Перемешивание обычно мешает гелеобразованию. Однако при медленном вращении дисперсной системы наблюдается ускорение гелеобразования; это явление названо реопексией. Коагуляционные структуры непрочны, т.к. образованы за счет сравнительно слабых ван-дер-ваальсовых связей или водородной связи. При механическом воздействии они легко разрушаются, но способны самопроизвольно восстанавливаться после прекращения воздействия. Это явление называют
тиксотропией.
Коагуляционные структуры, пластичны, иногда эластичны, обладают свойством ползучести (т.е способны к медленному развитию значительных остаточных деформаций). Для коагуляционных структур характерно самопроизвольное уменьшение размеров геля с одновременным выделением наружу дисперсионной среды (явление синерезиса). Синерезис подобен коагуляции и ему благоприятствуют все факторы, способствующие коагуляции. Для коагуляционных систем возможно явление набухания – увеличение размеров геля с поглощением дисперсионной среды
Конденсационно- кристаллизационные структуры возникают
либо в результате образования прочных химических связей между частицами, либо вследствие сращивания кристалликов, возникающих в процессе выкристаллизации новой фазы. Такие структуры не могут проявлять тиксотропии, синеризировать и набухать; они непластичны, но более прочны, чем коагуляционные структуры. В качестве примера конденсационно-кристаллизационных структур можно привести цементы, гели кремневой кислоты
Структурно- механические свойства дисперсных систем.
Со структурой дисперсных систем тесно связаны структурно-механические свойства (реологические) – вязкость, пластичность, упругость, прочность. Изучение реологических свойств позволяет определить характер структуры дисперсной системы. Кроме того, знание реологических свойств, позволяет предсказывать поведение дисперсных систем при их практическом использовании.
Вязкость коллоидной системы зависит от концентрации дисперсной фазы, природы дисперсионной среды и дисперсной фазы, наличия стабилизатора. Вязкость жидкости - это сопротивление передвижения одного слоя жидкости относительно другого слоя.Если при изменении скорости течения в пределах ламинарности вязкость жидкости остается постоянной, т.е. скорость течения прямо пропорциональна приложенной силе жидкости, то жидкости называются ньютоновскими. Если условие не выполняется, значит, жидкости называются неньютоновскими. Чистые жидкости и разбавленные растворы коллоидов со сферическими частицами характеризуется как ньютоновские жидкости, тогда как растворы коллоидов с палочкообразными или нитевидными частицами обладают не ньютоновской вязкостью. Все коллоидные растворы имеют вязкость, превышающую вязкость дисперсионной среды.
Пластичность- это способность дисперсных систем обратимо разжижаться при механическом воздействии и отвердевать при относительно длинном их пребывании в покое.
Упругость – это способность системы после деформирования возвращаться к первоначальной форме. Поведение таких дисперсных систем при незначительных деформациях сходно с поведением упругих тел. Однако при напряжениях, ведущих к разрушению структуры, эти системы способны течь как вязкие жидкости.
Про́чность— свойство сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил.
Высокомолекулярные соединения
•Растворы ВМС характеризуются следующими особенностями.
•1. Растворы ВМС представляют собой гомогенные системы, являясь истинными растворами, где взвешенные частицы не содержат ядер, а представлены макромолекулами - молекулами гигантских размеров.
•2. Растворение ВМС осуществляется с образованием менее упорядоченной системой и более упорядоченными.Растворы ВМС образуются самопроизвольно с уменьшением свободной энергии, они представляют собой термодинамически устойчивые системы, способные существовать без стабилизатора неограниченное время в весьма больших массовых и значительных молярных концентрациях.
3.В отличие от лиофобных коллоидов растворы ВМС представляют собой равновесные системы, к которым применимо правило фаз.
4.Растворы ВМС, подобно растворам низкомолекулярных соединений, могут быть и молекулярными, и ионными, причем в последнем случае природа зарядов связана с наличием функциональных групп.
5.ВМС способны образовывать не только истинные растворы, но и типичные лиофобные золи, если в качестве диспрессионной среды использовать такую жидкость, по отношению к которой данное высокомолекулярное вещество является лиофобным, т.е. не способным растворяться в нем.
6. Являясь истинными растворами, растворы ВМС отличаются от растворов низкомолекулярных соединений. Огромные размеры молекул являются ответственными за большинство физических свойств растворов ВМС, отличающихся от низкомолекулярных соединений. На поведение растворов ВМС сильное влияние оказывают форма и отдельные фрагменты строения микро молекул.
1)Осмотическое давление растворов ВМС не подчиняются закону Вант-Гоффа
2)Скорость диффузии макромолекул полимера невелика, она сопоставима со скоростью диффузии типичных коллоидных частиц. Для расчета коэффициента диффузии ВМС применимо уравнение Эйнштейна. В – коэффициент трения диффундирующих частиц данной формы.
3) Растворы ВМС способны рассеивать свет, хотя и в меньшей степени, чем типичные коллоидные системы. Однако цепные молекулы полимеров обычно не могут быть обнаружены в ультрамикроскоп. Это связано с тем, что макромолекулы соизмеримы с коллоидными частицами только по длине, а в других направлениях соответствуют размерам обычных молекул.
