Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверхностные явления и свойства дисперсных систем. Учебное пособие
.pdf
101
2) весь электролит
3) ион, имеющий знак заряда, одноименный со знаком заряда
коллоидной частицы
5. Выберите один правильный ответ. Электролитная коагуля-
ция происходит при введении в золь:
1) электролитов 2) ПАВ
3) белков 4) углеводов
6. Выберите один правильный ответ Процесс агрегирования
частиц дисперсной фазы, в результате которого система теряет агрегативную и кинетическую устойчивость, называется:
1) адсорбцией
2) коагуляцией
3) броуновским движением
4) поглощением света
7. Выберите один правильный ответ. Электростатический фактор устойчивости коллоидных систем обусловлен _____ коллоидных
частиц при перекрывании диффузной части двойного электрического
слоя мицеллы
1) взаимным отталкиванием
2) перезарядкой
3) взаимным притяжением
8. Выберите все правильные ответы. Структурно-механический
фактор устойчивости коллоидных систем заключается в образовании
межфазных адсорбционных слоев при добавке в систему:
1) ПАВ 2) электролитов
3) кетонов 4) высокомолекулярных соединений
9. Докончите предложение. Нарушение агрегативной устойчивости коллоидной системы в сторону укрупнения частиц за счет их
слипания под влиянием молекулярных сил притяжения приводит к
_____
1) адгезии
2) адсорбции
3) смачиванию
4) коагуляции
10. Докончите предложение. Адсорбционно-сольватный фактор
агрегативной устойчивости коллоидных систем связан с образованием
вокруг частиц дисперсной фазы _____
1) слоев из молекул белков
2) сольватных слоев из молекул растворителя
102
3) двойного электрического слоя
11. Выберите правильные ответы. Какие вещества могут выступать стабилизаторами золей?
1) ПАВ
2) ВМС
3) NaCI
4) фруктоза
12. Выберите один правильный ответ. Какие силы превалируют
в устойчивой коллоидной системе?
1) притяжения
2) отталкивания
3) сила тяжести
13. Выберите один правильный ответ. Какие силы превалируют
в неустойчивой коллоидной системе?
1) притяжения
2) отталкивания
3) сила трения
14. Выберите один правильный ответ. Что такое порог коагуляции?
1) минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию коллоидной системы
2) максимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию коллоидной системы
3) минимальная концентрация дисперсной фазы, при которой
наблюдается слипание частиц
15. Выберите один правильный ответ. Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию коллоидной системы,
называется:
1) высотой коагуляции 2) порогом коагуляции
3) ступенью коагуляции
16. Выберите один правильный ответ. Вставьте пропущенное
слово. Добавка любого _____ в золь вызывает коагуляцию.
1) вещества 2) элемента
3) электролита
17. Выберите один правильный ответ. Вставить пропущенное
слово. Коагулирующим ионом является ион электролита, имеющий
знак заряда _____ знаку заряда коллоидной частицы.
1) противоположный 2) равный
103
3) одинаковый
18. Выберите правильные ответы. Вставить пропущенное слово. Чем больше _____ коагулирующего иона, тем больше его коагулирующая способность.
1) заряд 2) концентрация
3) радиус 4) объем
19. Вставить пропущенные слова или словосочетания. Энтропийный фактор характеризуется повышением энтропии системы за
счет _____ , приводящий к выравниванию концентрации дисперсной
фазы по всему объему.
1) броуновского движения и диффузии
2) осмоса
3) седиментации
7. ВИДЫ И СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ (ЗОЛИ,
СУСПЕНЗИИ, ЭМУЛЬСИИ, ПЕНЫ, АЭРОЗОЛИ)
7.1 Системы с жидкой дисперсионной средой
К таким системам относят:
1) Золи и суспензии (Т/Ж) (табл. 7.1)
2) Эмульсии (Ж/Ж)
Условия образования эмульсии – различие в полярностях ДФ и
ДС.
Классификация эмульсий: масло в воде – прямая эмульсия
(I тип); вода в масле – обратная эмульсия (II тип)
Концентрация ДФ в эмульсиях выражается через объемную
концентрацию Vd:
разбавленные (Vd < 0,1%);
концентрированные (0,1 < Vd < 74%);
высококонцентрированные (Vd > 74%);
весьма концентрированные (Vd > 99%)
Получают эмульсии механическим диспергированием жидкостей (перемешиванием, встряхиванием, вибрацией, ультразвуком), а
также при замене растворителя в истинном растворе. Самопроизвольно могут образовываться лиофильные эмульсии при снижении поверхностного натяжения до минимальной критической величины.
104
Для получения лиофобных эмульсий необходим стабилизатор.
Свойства сис-
темы
Золи (Т/Ж)
Суспензии (Т/Ж)
1
2
3
Особенности
Радиус частиц
дисперсной
фазы
10–7 – 10–9 м
Радиус частиц дисперсной фазы -более
10–7 м.
Классификация:
грубые суспензии (d > 10–4м),
тонкие суспензии (5·10–7< d < 10–4м),
мути (1·10–7< d < 5·10–7м)
Классификация
в зависимости
от концентра-
ции частиц
дисперсной
фазы
В разбавленных системах частицы свободно пере-
мещаются в жидкости, сцепление между частицами
отсутствует, и каждая частица кинетически незави-
сима - это свободнодисперсные бесструктурные сис-
темы. В концентрированных системах (гелях, пас-
тах) между частицами действуют силы, приводящие
к образованию определенной структуры (пространственной сетки) - это связнодисперсные структури-
рованные системы
Получение
систем
Конденсацией
Чаще диспергированием, чем кон-
денсацией. Путем коагуляции лио-
золей
Агрегативная
устойчивость
Присутствует
Присутствует или отсутствует
Правило Банкрофа: гидрофильные эмульгаторы способствуют образованию эмульсии типа М/В, а гидрофобные - В/М. При этом в дисперсном состоянии остается та фаза, которая обладает большей устойчивостью при данном эмульгаторе.
Таблица 7.1
Основные характеристики систем Т/Ж
105
Условия получения агрегативно устойчивых систем:
нерастворимость твердого вещества в жидкой среде
и достижение определенной степени дисперсности.
Присутствие стабилизатора (низкомолекулярные
электролиты, коллоидные ПАВ, ВМС)
1 2 3
Кинетическая (седи-
ментационная) устой-
чивость
Присутствует
Отсутствует из-за относительно большого раз-
мера частиц дисперсной
фазы
Молекулярно-
кинетические свойства
Присутствуют
Практически отсутст-
вуют из-за относительно
большого размера час-
тиц дисперсной фазы
Оптические свойства
Рассеяние и поглоще-
ние света присутст-
вуют в проходящем
свете и при боковом
освещении (опалес-
ценция)
Рассеяние и поглоще-
ние света присутст-
вуют только в прохо-
дящем свете. Опалес-
ценция не характерна.
Электрокинетические
свойства
Проявляются прямые
(электрофорез, элек-
троосмос) и обратные
(потенциал течения)
Проявляются прямые
(электрофорез, элек-
троосмос) и обратные
(потенциал течения,
потенциал седимента-
ции)
Продолжение табл. 7.1
106
Методы разрушения
Механическое воз-
действие - заморажи-
вание, нагревание,
разбавление, концен-
трирование. Под
влиянием видимого и
ультрафиолетового
света, рентгеновских
лучей, радиоактивно-
го излучения, при
действии электрического разряда и ультразвука. Электролит-
ная коагуляция.
Механические (от-
стойники, фильтры,
центрифуги); терми-
ческие (выморажива-
ние, высушивание
энергозатратны, в
промышленности не
используются); хими-
ческие (реагенты –
коагулянты, флоку-
лянты); реже электри-
ческие (если частицы
суспензии заряжены)
1 2 3
Значение и
применение
Лекарственные препа-
раты в виде золей (кол-
ларгол, протаргол).
При производстве ката-
лизаторов и адсорбен-
тов (в качестве связую-
щих веществ). Для за-
гущения различных
жидких систем, получе-
ния пленок гидрофильного или гидрофобного
характера на самых раз-
личных поверхностях.
Они входят в состав
различных неорганиче-
ских красок и покры-
тий.
В природе: образование
осадочных пород, намыв
дельт реками и т.п.
В промышленности: хи-
мической, цементной,
силикатной, керамиче-
ской, горной, металлур-
гической, бумажной, тек-
стильной, пищевой, ко-
жевенной и других облас-
тях промышленности.
Например, суспензии
имеют большое значение
в производстве бумаги,
резины, лаков, красок и
т.д.
Окончание табл. 7.1
зацию (продавливание жидкости через отверстия меньших размеров)
или ультразвуковое дробление.
Для получения и стабилизации эмульсий применяют гомогени-
107
Чем меньше разница в плотностях ДФ и ДС, тем больше седи-
I а) I б)
II а) II б)
Рис 7.2 Стабилизация прямой (а) и обратной (б) эмульсий гидрофиль-
ными (I) и гидрофобными (II) порошками
ментационная устойчивость эмульсий.
Агрегативная устойчивость. Существуют лиофильные и лио-
фобные эмульсии. В последних наблюдается коалесценция - самопроизвольное слияние капель жидкости друг с другом. Для их стабилизации необходим эмульгатор гидрофильный (ПАВ, например, натриевые
соли жирных кислот) или гидрофобный (рис. 7.1).
а б
Рис. 7.1 Расположение гидрофильного эмульгатора в прямых (а) и
обратных (б) эмульсиях
Роль эмульгаторов могут выполнять измельченные порошки.
Их действие основано на их способности избирательно смачиваться
одной из фаз: водой или маслом. Крупинки порошка прилипают к поверхности капелек, образуя как бы твердую броню, препятствующую
коалесценции (рис. 7.2). Порошок должен быть высокодисперсным, но
слишком высокодисперсный порошок является плохим эмульгатором.
Примеры гидрофильных порошков: оксиды и гидроксиды металлов, силикаты, карбонаты, сульфаты, глина мел.
Примеры гидрофобных порошков: сажа, металлы и их сульфиды, парафины, стеарины, фторопласты.
Методы разрушения эмульсий. Самопроизвольное разрушение
характерно только для лиофобных эмульсий. В остальных случаях используют деэмульгаторы: электролиты с многовалентным ионом,
ПАВ.
108
Деэмульгирование может происходить также в результате действия механических и физических факторов (центрифугирования,
фильтрования, действия электрического поля, ультразвука, изменения
температуры и рН). Так, при нагревании и охлаждении система Ж/Ж
может перейти в Г/Ж или Т/Ж.
В качестве разрушения эмульсий можно рассматривать и про-
цесс обращения фаз эмульсий. Наблюдения под микроскопом показали, что при обращении фаз капельки дисперсной фазы сначала растягиваются, превращаются в пленки и затем образовавшиеся пленки охватывают дисперсионную среду первоначальной эмульсии, которая в
результате этого становится дисперсной фазой. На рис. 7.3 можно наглядно видеть эти этапы при переходе слева направо.
Обращение фаз в эмульсиях можно наблюдать и при добавлении эмульгатора, стабилизирующего эмульсию противоположного
типа, а также при изменении температуры, интенсивном перемешивании.
Рис. 7.3. Схема превращения прямой эмульсии М/В
в обратную В/М
Значение и применение эмульсий. Примерами змульсий I типа
являются молоко и сливки. Эмульсия II типа – сырая нефть, содержащая 50% засоленной воды. В таких эмульсиях стабилизаторами выступают малорастворимые ПАВ (парафины, асфальтены).
Эмульсии играют большую роль в жизнедеятельности живых
организмов. Например, кровь - эмульсия, где ДФ – эритроциты,
эмульгатор – белки. Продукты перед усвоением организмом переводятся желчью в эмульгированное состояние (рН =8,0 - 8,5).
Лекарственные препараты часто представляют собой эмульсии: для внутреннего применения - М/В, для наружного - В/М, так как
кожа человека препятствует прохождению воды, но легко пропускает
другие жидкости.
В промышленности эмульсии применяют в процессах эмульсионной полимеризации, при переработке натуральных и синтетических латексов, получении пищевых продуктов (маргарин, сливочное
109
масло, в них вода диспергирована в сплошной жировой фазе; майонез), при приготовлении фармацевтических препаратов и т.д.
3) Пены (Г/Ж).
Представляют собой систему ячеек из пузырьков газа, связанных друг с другом разделяющими пленками, в общий каркас.
Для характеристики пен используют величину К (кратность
пены):
К = Vп / Vж, (7.1)
где Vп – объем пены; Vж – объем жидкости.
Пены по сравнению с золями обладают более низкой дисперсностью.
Пены по своей природе близки к высококонцентрированным
эмульсиям (Vd > 70%) – газовые эмульсии.
Получают: методами конденсации и диспергирования.
Оптические свойства пен - поглощение и рассеяние света.
Электрокинетические свойства пен - электроосмос и потенци-
ал течения.
Устойчивость пен зависит от пленочного каркаса. Если пена
образована низкомолекулярным веществом, то устойчивость невелика.
Нужно использовать стабилизаторы – пенообразователи, иначе будет
происходить старение пены - увеличение размеров крупных пузырьков за счет мелких.
Методы разрушения пен, т.е. методы пеногашения: механическое и термическое воздействие, ультразвуковые и акустические методы; введение пеногасителей (ПАВ, которые вытесняют стабилизаторпенообразователь, но сами не стабилизируют систему).
Значение и применение пен. В промышленности: пищевой, химической, парфюмерной, при производстве строительных материалов,
в процессе флотации, при проявлении моющего действия мыл, в действии пенных огнетушителей.
7.2 Системы с газообразной дисперсионной средой
Примеры - аэрозоли: Ж/Г – туманы; Т/Г – пыли, порошки;
Ж,Т/Г – смог.
Методы получения: диспергирование (примеры: диспергирование топлива в форсунках, распыление ядохимикатов, нанесение за-
110
щитных покрытий, лаков, красок) и конденсация (например, образование туманов).
Оптические свойства - присутствуют. Наблюдается опалесценция.
Устойчивость системы. Крайне агрегативно неустойчивые,
хотя их кинетическая устойчивость при малом размере частиц и низкой их концентрации должна быть высокой. Однако из-за небольшой
вязкости и плотности дисперсионной среды кинетическая устойчивость теряется. Стабилизация возможна при образовании защитных
слоев за счет адсорбции примесей.
ДЭС в аэрозолях не имеет диффузной части. Броуновское движение велико, следовательно, коагуляция в них протекает быстро.
Задача управления устойчивостью золей стоит остро. В одних
областях нужно поддерживать стабильность (дымовые завесы, опрыскивание, увлажение), в других – необходимо обеспечить их активное
разрушение (цементная и угольная пыль; аэрозоли при производстве
муки, сахара; кислотные туманы и т.п.).
Методы разрушения систем: пылеулавливание (фильтры с извилистыми порами), смачивание (мокрые пылеулавливатели), фильтрация (скрубберы), электрические способы (электрические фильтры);
распыление гигроскопических веществ (CaCl2, AgI,) или веществ, содержащих противоположно заряженные частицы (песок). Например,
распыление таких веществ в облаках приводит к ускорению конденсации тумана и выпадению осадков в виде дождя и снега.
7.3 Системы с твердой дисперсионной средой
К таким системам относят:
Г/Т – твердые пены (бывают высоко- и грубодисперсными):
пемзы, губки, пенопласты, пеностекло, пенобетон;
Ж/Т – ткани растений и животных, живые клетки, почва, грунт,
бумага, продукты питания и др.
Т/Т – горные породы, металлические сплавы, пластмассы, драгоценные камни (дисперсии различных окислов в кварце или кристаллическом глиноземе (SiO
)); цветные стекла (рубиновые стекла – дисперсия золота в стекле); эмали (легкоплавкие стекла с различными
диспергированными пигментами).
Все эти системы являются связнодисперсными, так как имеют
бесконечно большую вязкость дисперсионной среды. Следовательно,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]