Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Коллоидная химия. Учебное пособие-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

1 / 111 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Б. Я. Брянский

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

Учебное пособие

Вузовское образование

Саратов • 2017

УДК 544

Б89

ББК 24.6 Б89

Рецензенты:

И. И. Медведовская, к.т.н., доцент

(Омский государственный университет)

Брянский, Б. Я.

Коллоидная химия [Электронный ресурс] : учебное пособие /

Б. Я. Брянский. — Электрон. дан. и прогр. (5 Мб). — Саратов: Вузовское

образование, 2017. — 104 с. — (Высшее образование).

ISBN 978-5-4487-0038-5

Учебное пособие включает в себя конспект лекций, лабораторный

практикум, задачи, тестовые задания по дисциплине «Коллоидная химия».

Для студентов-бакалавров (направление «Педагогическое образование» (с двумя профилями подготовки: «Биология и Химия», «Химия и Безопасность жизнедеятельности»).

Учебное электронное издание

Издано в авторской редакции

Для создания электронного издания использовано:

Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,

разработанное на основе Adobe Air

Подписано к использованию 20.06.2017. Объем данных 5 Мб.

Издание представлено в электронно-библиотечных системах

IPRbooks (www.iprbookshop.ru),

Библиокомплектатор (www.bibliocomplectator.ru)

Бесплатный звонок по России: 8-800-555-22-35

Тел.: 8 (8452) 24-77-97, 8 (8452) 24-77-96

Отдел продаж и внедрения ЭБС:

доб. 206, 213, 144, 145

E-mail: sale@iprmedia.ru

Отдел комплектования ЭБС:

доб. 224, 227, 208

E-mail: mail@iprbookshop.ru

По вопросам приобретения издания обращаться:

доб. 208, 201, 222, 224

E-mail: izdat@iprmedia.ru, author@iprmedia.ru

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................................................... 5

1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ................................................................................................................................ 7

1.1. Классификации дисперсных систем ................................................................................................... 7

1.2. Поверхностное натяжение ................................................................................................................. 11

1.3. Адсорбция ........................................................................................................................................... 17

1.4. Получение, стабилизация и очистка дисперсных систем ............................................................... 28

1.5. Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем ............................................................ 33

1.6. Оптические методы исследования дисперсных систем .................................................................. 41

1.7. Электрокинетические явления .......................................................................................................... 46

1.8. Устойчивость коллоидных систем .................................................................................................... 52

1.9. Растворы высокомолекулярных соединений ................................................................................... 61

1.10. Растворы полиэлектролитов, студни, полуколлоиды ................................................................... 66

1.10.1. Полиэлектролиты (ПЭ) ............................................................................................................. 66

1.10.2. Студни ........................................................................................................................................ 69

1.10.3. Полуколлоиды ........................................................................................................................... 73

1.11. Эмульсии, пены, аэрозоли, порошки, суспензии ........................................................................... 78

2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ .......................................................................................................... 85

2.1. Адсорбция уксусной кислоты активированным углем ................................................................... 85

2.2. Получение дисперсных систем ......................................................................................................... 87

2.3. Фотоколориметрическое определение концентрации золя ............................................................ 90

2.4. Определение знака заряда золя или красителя методом капиллярного поднятия ....................... 91

2.5. Определение порога коагуляции золя .............................................................................................. 93

2.6. Определение изоэлектрической точки желатины методом набухания ........................................ 96

2.7. Определение молекулярной массы крахмала .................................................................................. 97

2.8. Эмульсии и пены .............................................................................................................................. 100

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................................................. 104

ВВЕДЕНИЕ

Вопросы коллоидной химии должно считать

передовыми и могущими иметь значение

во всей физике и химии.

Д.И. Менделеев. "Основы химии"

В 1861 г. английский химик Т. Грэм обнаружил, что некоторые вещества (желатин, агар-агар и т.п.) диффундируют в воде во много раз медленнее, чем, например, соли и кислоты. Кроме того, эти вещества при пересыщении растворов не кристаллизовались, а превращались в клейкую студнеобразную массу. По-древнегречески клей называется "колла". Поэтому эти "особые" вещества Грэм назвал "коллоидами". Так появилось название науки – коллоидная химия (КХ). В настоящее время КХ превратилась в обширную

науку о дисперсных системах и поверхностных явлениях.

Отличительными признаками объектов КХ являются гетерогенность и дисперсность (раздробленность).

Гетерогенность указывает на наличие в системе как минимум двух фаз, и,

соответственно, на наличие межфазной поверхности.

Дисперсность (лат. dispergo – рассеивать, распылять) – величина, обратная поперечному размеру частиц. КХ изучает системы, в которых хотя бы одно из веществ находится в виде дисперсных частиц размером от 1 нм до 104 нм, которые занимают промежуточное положение между молекулярными частицами и макроскопическими объектами – фазами. Многие физические и химические свойства дисперсных частиц существенно отличаются от свойств макроскопических объектов для одного и того же вещества (прочность, теплоёмкость, температура плавления, реакционная способность и т.д.). Эти различия называют размерными (или масштабными) эффектами. К дисперсным частицам относятся металлы в коллоидном состоянии, дым, вирус ы, эритроциты крови, взвеси в воде, микрокристаллы, капли в туманах и эмульсиях, пузыри в пенах, агрегаты молекул поверхностно-активных веществ

(ПАВ) и т.д. В 1906–1910 гг. профессор Санкт-Петербургского горного института П.П. Веймарн выдвинул принцип универсальности дисперсного состояния, согласно которому любое вещество при определённых условиях может существовать в виде дисперсных частиц.

Дисперсные частицы, образующие дисперсную фазу, распределены в сплошной (непрерывной) дисперсионной среде. Дисперсная фаза и дисперсионная среда образуют дисперсную систему (ДС).

Поверхностные явления – смачивание, адсорбция, электрокинетические эффекты и т.д. Их роль чрезвычайно велика, поскольку поверхность дисперсной фазы очень значительна.

Достижения КХ широко используются в химической технологии, металлургии, материаловедении, технологии строительных и конструкционных материалов, лакокрасочной промышленности, нефтедобыче, полиграфии, медицине и фармакологии, защите окружающей среды, биотехнологии и т.д. Особые свойства наносистем, содержащих частицы размером в несколько нанометров (наночастицы), открывают большие перспективы для развития

нанотехнологий.

Автор благодарит к.т.н., доцента И.И. Медведовскую за просмотр рукописи пособия и ценные замечания. Автор заранее благодарит читателей за конструктивную критику, советы и указания на неизбежные погрешности. Желаю Вам успехов!

1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Дисперсная

фаза

Дисперсионная

среда

Дисперсная

система

Название системы

Газ

Г/Г

ДС отсутствует

Жидкость

Газ

Ж/Г

Аэрозоль (туман)

Твёрдое тело

Газ

Т/Г

Аэрозоль (дым)

Газ

Жидкость

Г/Ж

Пены, газовые эмульсии

Жидкость

Ж/Ж

Эмульсии

Твёрдое тело

Жидкость

Т/Ж

Золи (коллоидные

растворы), суспензии, гели

Газ

Твёрдое тело

Г/Т

Пористые среды и

материалы, мембраны

Жидкость

Твёрдое тело

Ж/Т

Пористые среды

Твёрдое тело

Т/Т

Композитные материалы

1.1 Классификации дисперсных систем

Дисперсные системы (ДС) классифицируют по нескольким признакам.

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

(табл. 1.1).

Таблица 1.1.

Классификация ДС по агрегатному состоянию дисперсной фазы и

дисперсионной среды

2. По концентрации частиц дисперсной фазы выделяют

свободнодисперсные и связнодисперсные системы. В свободнодисперсных системах (например, в газовых эмульсиях) частицы находятся достаточно далеко друг от друга и свободно перемещаются в дисперсионной среде. В связнодисперсных системах большая часть частиц контактируют друг с другом и образуют связную сетку (например, пены). Переход от свободнодисперсной к

связнодисперсной системе (образование связной сетки) происходит при

уд





,Dd

увеличении концентрации дисперсной фазы и приводит к резкому изменению свойств ДС.

3. По среднему размеру частиц (d) ДС подразделяют на

ультрадисперсные (наносистемы) – d=1-10 нм, высокодисперсные – d=10 – 1000 нм (1 мкм) (например, золи) и грубодисперсные – d=1 – 100 мкм

(например, суспензии). Для ультра- и высокодисперсных систем характерно интенсивное тепловое (броуновское) движение, которое препятствует оседанию частиц под действием силы тяжести. В грубодисперсных системах частицы дисперсной фазы сравнительно быстро оседают в поле силы тяжести, если их плотность больше плотности дисперсионной среды, или же всплывают в обратном случае.

От размера частиц зависят удельная поверхность Sуд (отношение площади всех дисперсных частиц S к их суммарной массе) и дисперсность D (отношение S к суммарному объёму дисперсной фазы). Для монодисперсных шарообразных или кубических частиц

(1.1–1.2)

где ρ – плотность вещества дисперсной фазы; d – диаметр шара или длина ребра куба.

Таким образом, с уменьшением размера частиц Sуд и D увеличиваются. При этом возрастает роль поверхностных явлений в системе.

Многие физические и химические свойства дисперсных частиц значительно отличаются от аналогичных свойств макроскопических объектов того же вещества. Эти различия называют размерными (или масштабными) эффектами. Чем меньше размер частиц, тем сильнее проявляются эти эффекты.

4. По фракционному составу частиц дисперсной фазы различают монодисперсные и полидисперсные системы. В первых системах частицы имеют одинаковый размер, а во вторых системах – отличаются по размеру.

5. По характеру взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды – лиофильные и лиофобные. В первых наблюдается сильное

взаимодействие, которое проявляется при сходстве химической природы дисперсной фазы и дисперсионной среды (в отсутствии химических реакций между ними) и при условии большой взаимной растворимости (мицеллярные растворы ПАВ, микроэмульсии). В лиофобных системах это взаимодействие слабое (частицы мало растворимых солей и оксидов в воде, капли воды в органической жидкости и др.).

6. По характеру распределения фаз. Наиболее распространены ДС, в которых дисперсионная среда представляет сплошную (континуальную) макроскопическую фазу. В других, биконтинуальных, системах дисперсионная среда состоит из сообщающихся друг с другом тонких прослоек (каналов), размеры которых сопоставимы с размерами дисперсных частиц (например, в гелях). В таких системах обе фазы можно рассматривать как дисперсные.

Тесты и задачи

1. Гетерогенные системы, в которых хотя бы одно вещество находится в раздробленном состоянии, называются:

1) дисперсными;

2) микрогетерогенными;

3) грубодисперсными;

4) лиофильными.

2. Дисперсионная среда – это…

1) раздробленная фаза;

2) фаза, раздробленная по высоте;

3) фаза, раздробленная по ширине и высоте;

4) не раздробленная фаза.

3. Дисперсные системы по степени дисперсности частиц дисперсной фазы классифицируют на:

1) ультрамикрогетерогенные, микрогетерогенные, грубодисперсные;

2) связнодисперсные и свободнодисперсные;

3) микропористые, переходнопористые, макропористые;

уд

SV

СV

Dd

Гm

СV

Dd

Гm

уд

SV

4) верны ответы 1–3.

4. Коллоидные растворы по отношению дисперсной фазы к растворителю делятся на:

1) суспензии и эмульсии;

2) гидрофобные и гидрофильные;

3) аэрозоли и пены;

4) лиофобные и лиофильные.

5. Дисперсионная среда и дисперсная фаза эмульсии обозначаются как

1) г/г; 2) г/ж; 3) ж/ж; 4) т/т.

6. Обозначению «ж/г» отвечают:

1) капли, туман;

2) твёрдые золи, сплавы;

3) эмульсии, кремы;

4) дым, пыль, порошки.

7. Представители дисперсной системы «г/т» – это:

1) нефть, молоко;

2) хлеб, сыр, пенопласты;

3) ткани, одежда;

4) краски, красители.

8. Формула для расчёта дисперсности – это...

9. Формула для расчёта удельной поверхности:

10. Размер частиц (см) в грубодисперсных системах:

1) 10

-5

– 10

-3

2) 10

-2

3) > 10

-3

4) 10-7- 10-5

11. Размер частиц (см) в ультрамикрогетерогенных системах:

1) 10-5-10

-3

2) 10

-2

3) > 10

-3

4) 10-7-10

-5

1 / 111 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]