Из уравнения Гиббса следует, что величину адсорбции растворенного вещества можно определить по изменению поверхностного натяжения жидкости с ростом концентрации этого вещества в растворе.

Физическая адсорбция обусловлена действием физических сил

притяжения – различными типами ван-дер-ваальсового взаимодействия. Напомним, что силы Ван-дер-Ваальса включают три вида взаимодействия. Основное из них – это дисперсионное взаимодействие, проявляющееся между неполярными молекулами. Оно обусловлено взаимодействием (балансом притяжения и отталкивания) мгновенных диполей, которые возникают в результате флуктуаций электронной плотности в атомах или молекулах. При взаимодействии между полярными и неполярными молекулами – индукционном взаимодействии –

полярная молекула вызывает возникновение диполя в

неполярной. Наиболее очевидным является ориентационное

взаимодействие, которое вызывается притяжением и отталкиванием полярных молекул – диполей.

Физическая адсорбция характеризуется обратимостью и уменьшением степени адсорбции при повышении температуры, так как она является экзотермическим процессом (протекающим с выделением теплоты). Тепловой эффект физической адсорбции невелик и составляет 10–80 кДж/моль. Пример физической адсорбции – поглощение инертных газов активированным углем.

Химическая адсорбция (хемосорбция) происходит за счет образования химических связей между молекулами (ионами, атомами) адсорбата и адсорбента. Хемосорбция обычно необратима; она, в отличие от физической адсорбции, является локализованной, т. е. молекулы адсорбата не могут перемещаться по поверхности адсорбента. Поскольку химическая адсорбция – химический процесс, требующий достижения энергии активации, которая достаточно велика (40–120 кДж/моль), повышение температуры способствует протеканию реакции. Пример хемосорбции – адсорбция кислорода на поверхности серебра при высокой температуре. В процессе хемосорбции образуются химические связи между адсорбентом и адсорбатом, и они теряют свою ндивидуальность, т. е. по сути, образуется новое химическое соединение

Работы адсорбции, сопровождающейся ориентацией молекул.

Для характеристики процессов адсорбции с ориентацией адсорбирующихся молекул (например, с ориентацией дифильных молекул ПАВ на поверхности раствора) вводится понятие работы

адсорбции. Работа адсорбции в данном случае – это работа, которую совершает система при обратимом изотермическом переносе полярной и неполярной частей молекулы из объема фазы на межфазную поверхность:

W = W0 + n ∆W ,

где W0 – работа по переносу полярной части; ΔW – работа по переносу одной СН2-группы; n – число групп СН2.

По Ленгмюру:

W = RT ln a/c ·δ

где c – равновесная концентрация в объеме.

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

•молекулярно-кинетические свойства растворов, которые обусловлены хаотическим тепловым движением молекул и атомов. Законы этого самопроизвольного движения изучает молекулярно-кинетическая теория. Некоторые свойства растворов обусловлены этим движением, т. е. определяются не составом, а числом кинетических единиц

– молекул в единице объема или массы.

•К ним относятся свойства, которые называются

коллигативными: диффузия, осмотическое давление, различия в давлении пара и температур замерзания и кипения в случае чистого растворителя и раствора.

Коллоидные системы обладают молекулярно-кинетическими свойствами, к которым относятся диффузия, броуновское движение и осмос.

Броуновское движение – это непрерывное беспорядочное движение

частиц микроскопических и коллоидных размеров, не затухающее во времени. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды.

В общих чертах явление броуновского движения можно представить следующим образом. Если частица мала, то число одновременно получаемых ею ударов со стороны молекул среды не слишком велико и возникает вероятность неравномерного распределения импульсов, получаемых частицей с разных сторон. Это обусловлено как разным количеством ударов, так и различной энергией молекул среды, сталкивающихся с частицей. В результате взвешенные в жидкости частицы приобретают поступательное, вращательное и колебательное движение.

Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового движения. Процесс диффузии идет самопроизвольно, поскольку он сопровождается увеличением энтропии системы.

Напомним, что равномерное распределение вещества в системе отвечает ее наиболее вероятному состоянию.

Обратим ли процесс диффузии?

Процесс диффузии является необратимым, он протекает до полного выравнивания концентрации, так как хаотическое распределение частиц отвечает максимальной энтропии системы. Возвращение системы в первоначальное состояние возможно только в результате внешних воздействий

электрические свойства дисперсных систем

•Электрические свойства дисперсных систем характеризуются тремя показателями –

зарядом, потенциалом и подвижностью.

•Напомним, что подвижность в электрическом поле (электро-

•форетическая подвижность) – это скорость движения частиц в поле с

•единичной напряженностью

Наиболее важное электрокинетическое явление, которое типично для дисперсных систем – это электрофорез, т. е. перемещение коллоидных частиц во внешнем электрическом поле.

Электрофорез и электроосмос – это электрокинетические явления I рода.

К электрокинетическим явлениям II рода относятся

потенциал протекания и потенциал седиментации, которые заключаются в

возникновении разности потенциалов при перемещении частиц дисперсной фазы или дисперсионной среды

Оптические свойства коллоидных систем

•Коллоидные системы - это неоднородные микрогетерогенные системы с частицами дисперсной фазы, имеющими различные размеры. Это приводит к оптической неоднородности коллоидных систем - отсутствию какого-либо постоянного значения показателя преломления. Можно считать, что коллоидные системы состоят из множества сред с различными показателями преломления.