Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверхностные явления и свойства дисперсных систем. Учебное пособие
.pdf
111
процессы коагуляции протекают очень медленно и имеют форму перекристаллизации, или изотермической перегонки.
Применение: Г/Т – легки, прочны, хорошо проводят тепло, поэтому могут служить строительными и теплоизоляционными материалами. Высокодисперсные пористые материалы – хорошие адсорбенты.
Для систем Т/Т – лучше всего выражена способность рассеивать свет (рубиновое стекло).
7.4 Тестовые задания по видам и свойствам дисперсных систем
1. Установите соответствие между термином и его определением:
1) суспензии
2) эмульсии
3) пены
Варианты ответов:
А) системы c твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой
В) системы c газообразной дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой
С) системы c жидкой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой
D) системы c жидкой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой
E) системы c твердой дисперсной фазой и твердой дисперсионной средой
2. Выберите правильные ответы. Перечислите необходимые
условия для образования агрегативно-устойчивых суспензий:
1) нерастворимость твердого вещества в жидкой среде
2) хорошая растворимость твердого вещества в жидкой среде
3) достижение нужной степени дисперсности
4) присутствие стабилизатора
5) коагуляция
6) флокуляция
3. Выберите правильные ответы. Укажите свойства, присущие
суспензиям:
1) агрегативно устойчивы, кинетически неустойчивы,
2) агрегативно неустойчивы, кинетически устойчивы
3) осаждаются быстрее по сравнению с золями
112
4) молекулярно-кинетические свойства (броуновское движе-
ние, диффузия, осмос) проявляются слабо или вообще отсутствуют
5) характерно явление бокового свечения (опалесценция)
4. Выберите правильные ответы. Укажите основные свойства
золей:
1) размер частиц лежит в пределах от 10-9 м до 10-7 м
2) размер частиц более 10-7 м
3) получают методами конденсации
4) получают методами диспергирования
5) кинетически и агрегативно устойчивые
5. Выберите правильные ответы. Условия образования эмульсий:
1) полная нерастворимость дисперсной фазы в дисперсионной
среде
2) частичная нерастворимость дисперсной фазы в дисперсион-
ной среде
3) полная растворимость дисперсной фазы в дисперсионной
среде
6. Укажите соответствие:
1) прямая эмульсия
2) обратная эмульсия
Варианты ответов:
А) дисперсия масла в воде
В) дисперсия двух масел друг в друге
С) дисперсия воды в масле
7. Выберите правильные ответы. К эмульсиям относятся:
1) молоко 2) сырая нефть
3) мука 4) сливки
5) пенопласт 6) маргарин
7) сыр 8) хлеб
9) сливочное масло
8. Укажите соответствие. В зависимости от концентрации дис-
персной фазы (Vd) эмульсии подразделяют на:
1) Vd < 0,1%; 2) 0,1% < Vd < 74%
3) Vd > 74% 4) Vd достигает 99%
Варианты ответов:
А) весьма высококонцентрированные
В) концентрированные
С) разбавленные
D) высококонцентрированные
113
9. Выберите правильные ответы. Лиофильные эмульсии:
1) термодинамически устойчивые
2) термодинамически неустойчивые
3) образуются самопроизвольно путем диспергирования жид-
кости до капель определенного размера
4) самопроизвольно не образуются
10. Выберите правильный ответ. Поверхностно-активные вещества, повышающие агрегативную устойчивость эмульсий, называются:
1) эмульгатор 2) стабилизатор 3) коагулятор
11. Выберите правильный ответ. Ориентация адсорбционного
слоя ПАВ происходит в соответствии с правилом Ребиндера:
1) неполярный радикал обращен к полярной жидкости, а полярная группа – к неполярной
2) неполярный радикал обращен к неполярной жидкости, а полярная группа – к полярной
12. Выберите правильный ответ. Неустойчивость лиофобных
эмульсий проявляется в самопроизвольном слиянии капель жидкости
друг с другом. Это явление называется:
1) коалесценцией 2) коагуляцией
3) флуктуацией 4) седиментацией
13. Выберите правильные ответы. Эмульсии можно получать
искусственно в результате диспергирования жидкостей:
1) центрифугированием 2) перемешиванием
3) встряхиванием 4) фильтрованием
5) вибрацией
14. Выберите правильный ответ. Деэмульгирование – это процесс _____ эмульсий.
1) разрушения 2) стабилизации 3) фильтрации
15. Выберите правильный ответ. Самопроизвольное разрушение характерно для _____ систем.
1) лиофильных 2) лиофобных 3) гидрофильных
16. Выберите правильный ответ. Явление неправильных рядов,
связанное с перезарядкой поверхности, подчиняется правилу
1) Эйлерса – Корфа 2) Шульца-Гарди
3) Фаянса - Панета
17. Выберите правильные ответы. По каким причинам происходит разрушение лиофильных эмульсий?
1) под действием электролита 2) самопроизвольно
114
3) под действием механических и физических факторов
18. Выберите правильный ответ. Пены – это дисперсные системы:
1) с газообразной дисперсной фазой и жидкой дисперсионной
средой
2) с жидкой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной
средой
3) с твердой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной
средой
19. Выберите правильный ответ. Кратность пены К равна:
1) сумме объема пены Vп к объему жидкости в ней Vж
2) отношению объема пены Vп к объему жидкости в ней V
3) произведению объема пены Vп к объему жидкости в ней Vж
4) разности объема пены Vп к объему жидкости в ней Vж
20. Выберите правильные ответы. Какими свойствами обладают пены?
1) обладают более низкой дисперсностью по сравнению с золями
2) получают методами конденсации и диспергирования
3) получают только методами диспергирования
4) обладают низкой термодинамической устойчивостью
5) обладают высокой термодинамической устойчивостью
21. Укажите соответствия:
1) пенообразователи I рода
2) пенообразователи II рода
Варианты ответов:
А) образуют двойной электрический слой
В) не образуют адсорбционных слоев с повышенными механи-
ческими свойствами
С) образуют адсорбционные структурированные слои
22. Вставьте один правильный ответ. Вещества, предотвращающие образование пены, называются:
1) пеногасители 2) пеностабилизаторы
3) пеноразрушители
23. Выберите один правильный ответ. Смогом называется аэрозоль, в котором:
1) дисперсная фаза жидкая, дисперсионная среда газообразная
2) дисперсная фаза твердая, дисперсионная среда газообразная
ж
115
3) дисперсная фаза и твердая и жидкая, дисперсионная среда
газообразная
24. Укажите соответствия:
1) туманы
2) дымы
3) смог
Варианты оветов:
А) дисперсная фаза твердая, дисперсионная среда газообразная
В) дисперсная фаза жидкая, дисперсионная среда газообразная
C) дисперсная фаза и твердая и жидкая, дисперсионная среда
газообразная
D) дисперсная фаза газообразная, дисперсионная среда жидкая
E) дисперсная фаза жидкая, дисперсионная среда жидкая
25. Укажите основные свойства аэрозолей:
1) дисперсная фаза жидкая, дисперсионная среда - газообразная
2) дисперсная фаза газообразная, дисперсионная среда - жидкая
3) агрегативно и кинетически неустойчивые
4) агрегативно и кинетически устойчивые
26. Выберите один правильный ответ. В аэрозолях отсутствует
_____ двойного электрического слоя
1) диффузный слой
2) адсорбционный слой
27. Выберите правильные ответы. Какие методы используют
для разрушения аэрозолей?
1) коагуляция 2) коалесценция
3) введение электролита 4) флуктуация
5) ультразвук 6) седиментация
28. Выберите правильные ответы. Укажите способы разрушения аэрозолей:
1) пылеулавливание 2) смачивание
3) вибрация 4) флокуляция
5) фильтрация 6) электрические способы
8. ЛИОФИЛЬНЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
НА ОСНОВЕ ПАВ
ПАВ обладает двумя фундаментальными свойствами: способностью адсорбироваться на межфазных границах и склонностью к образованию агрегатов – мицелл.
116
Поверхностно-активные вещества, способные в растворах образовывать мицеллы, называются коллоидными, или мицеллообразующими, ПАВ. Способностью к мицеллообразованию обладают ПАВ
с длиной углеводородной цепи от 10 до 20 атомов углерода.
Мицеллообразование можно рассматривать как механизм, альтернативный адсорбции на межфазных границах, приводящий к устранению контактов гидрофобных групп с водой, в результате чего
свободная энергия системы понижается. Это очень важное явление,
так как свойства ПАВ определяются тем, в какой форме – мицеллярной или молекулярной – они присутствуют в системе. Только молекулярно растворенные ПАВ понижают поверхностное натяжение, кроме
того, динамические явления регулируются концентрацией истинно
растворенного ПАВ.
Основным количественным параметром образования мицелл в
растворах ПАВ является критическая концентрация мицеллообразования – ККМ.
При низких концентрациях ПАВ (10-4—10-2М) образуются истинные растворы, при этом ионогенные ПАВ ведут себя как сильные
электролиты. При достижении ККМ мицеллы находятся в термодинамическом равновесии с неассоциированными молекулами ПАВ. При
разбавлении раствора мицеллы распадаются, а при увеличении концентрации вновь возникают. Выше ККМ весь избыток ПАВ находится
в виде мицелл (рис. 8.1).
Рис. 8.1 Схема образования мицелл в коллоидных ПАВ: а – молеку-
лярный разбавленный раствор ПАВ; б – раствор ПАВ со сферически-
ми мицеллами; в – раствор ПАВ с пластинчатыми мицеллами; г – кон-
центрированный мицеллярный раствор ПАВ
ККМ является энергетической характеристикой равновесия ассоциации молекул ПАВ в растворе.
ККМ зависит от строения углеводородного радикала, природы
полярной группы ПАВ, температуры. В водных растворах в гомологи-
117
ческом ряду ПАВ для соседних гомологов отношение ККМ по аналогии с правилом Дюкло-Траубе равно 3,2. Это связано с тем, что чем
больше углеводородный радикал, тем сильнее понижается энергия
системы при мицеллообразовании и тем меньше ККМ.
Разветвленность, непредельность, циклизация радикалов
уменьшает мицеллообразование и увеличивает ККМ.
Для органических растворителей увеличение длины углеводородного радикала повышает растворимость ПАВ и увеличивает ККМ.
Природа полярной группы оказывает влияние на мицеллообразование в растворах ПАВ. Однако такое влияние полярной группы менее значительно, чем длина углеводородного радикала. При равном R
вещество, у которого лучше диссоциирует ионогенная группа, имеет
большую ККМ. Поэтому при одинаковой длине углеводородного радикала ККМ ионогенных ПАВ выше ККМ неионогенных ПАВ.
8.1 Влияние температуры
Характер влияния температуры на ККМ для ионогенных и неионогенных ПАВ различный. Особенно сильно температура влияет на
ККМ ионогенных ПАВ. При низких температурах растворимость ионогенных ПАВ мала и достижение ККМ невозможно. При достаточном повышении температуры происходит резкое повышение растворимости, что приводит к образованию мицелл.
Температура, соответствующая началу образования мицелл,
называется точкой Крафта. Процесс мицеллообразования происходит
в узком температурном интервале вблизи точки Крафта. При температуре, меньше точки Крафта, предельная растворимость ПАВ меньше
его ККМ, поэтому мицеллообразование в растворе не происходит.
8.2 Методы определения ККМ
Методы определения ККМ основаны на регистрации резкого
изменения физико-химических свойств растворов ПАВ в зависимости
от их концентрации. Обычно на этих изотермах есть излом, так как
одна ветвь кривой отвечает молекулярному состоянию раствора, вторая часть — коллоидному.
118
Рис. 8.2. Зависимость поверх-
ностного натяжения (σ) от кон-
центрации додецилсульфата
натрия при 25оС
Рис. 8.3. Зависимость эквивалентной электрической проводимости λ от концентрации
децилтриметиламмоний бромида при 40о С
Рис.8.4. Зависимость удельной
электрической проводимости
(χ) от концентрации децил-
сульфата натрия при 40оС
Рис. 8.5. Зависимость вязкости
(η
отн
/С) растворов от концен-
трации додецилсульфата на-
трия при 30оС
119
Рис. 8.6. Зависимость мутности
(τ) от концентрации растворов
6-оксиэтилированного октанола
при 200С
Рис. 8.7. Зависимость коэффи-
циента диффузии (D) от кон-
центрации растворов оксиди-
метилдодециламина при 30оС
Для определения ККМ используют построение изотерм поверхностно-
С
го натяжения σ = f(С) или σ = f (lnC), измерение электропроводности
раствора ПАВ λ = f(
- показателя преломления растворов, светорассеяния, изучение спектров поглощения и спектров ЯМР. Хорошо определяется ККМ при
построении зависимости растворимости ПАВ от величины обратной
температуры. Просты и надежны методы потенциометрического титрования и поглощения ультразвука. Примеры графического определения ККМ различными методами приведены на рис. 8.2 – 8.7.
8.3 Мицеллообразование в растворах ПАВ
В зависимости от концентрации коллоидные ПАВ образуют
гомогенные истинные растворы и микрогетерогенные двухфазные
системы.
При концентрации коллоидных ПАВ в пределах 10-5÷10-3
моль/л и меньшей, чем ККМ, образуются истинные растворы, в которых молекулы ПАВ свободно перемещаются независимо друг от друга
(рис. 8.1а).
При концентрации ПАВ, равной ККМ и выше, образуются
микрогетерогенные двухфазные системы. Одна фаза — молекулярный
(ионный) раствор ПАВ (рис. 8.1а), концентрация которого равна ККМ,
другая фаза — мицеллы Гартли (рис. 8.1б). Мицеллы Гартли представляют собой сферические агрегаты, внутренняя часть которых со-
) есть функция; изучение оптических свойств
120
стоит из переплетающихся углеводородных радикалов, полярные части молекул ПАВ обращены в водную среду. Такие мицеллы содержат
от 20 до 100 молекул ПАВ. Диаметр такой мицеллы примерно вдвое
больше длины молекулы ПАВ (рис. 8.1б).
С увеличением концентрации ПАВ мицеллярная система проходит ряд равновесных состояний, которые различаются по числу ассоциаций, размером и формой мицелл. По достижении определенной
концентрации сферические мицеллы Гартли начинают взаимодействовать между собой, что приводит к увеличению их размера. Углеводородные цепи таких мицелл располагаются параллельно друг другу. В
результате образуются пластинчатые мицеллы, состоящие из двух
слоев молекул ПАВ, обращенных друг к другу углеводородными цепями, а ионогенными группами наружу. Такие мицеллы называются
мицеллами Мак-Бена (рис. 8.1в).
Дальнейшее увеличение концентрации ПАВ, превышающее
ККМ от 10 до 50 раз, приводит к соединению пластинчатых мицелл
друг с другом и образованию гелеобразной структуры и кристаллического ПАВ (рис. 8.1г).
Образование разных форм мицелл в зависимости от концентрации ПАВ называется полиморфизмом.
8.4 Солюбилизация в растворах ПАВ
Термин солюбилизация происходит от позднелатинского слова solubilis — растворимый. Солюбилизация является важным свойством растворов ПАВ, которое связано с их мицеллярной структурой.
При введении в достаточно концентрированные растворы ПАВ практически нерастворимых в воде органических веществ, последние способны коллоидно раствориться или солюбилизироваться.
Согласно современным взглядам, солюбилизация представляет
собой растворение различных веществ в мицеллах ПАВ.
Вещество, которое растворяется в растворах ПАВ, называется
солюбилизатом, а ПАВ — солюбилизатором.
Солюбилизация это самопроизвольный процесс, протекающий
с убылью свободной энергии системы, в результате чего образуются
термодинамически равновесные системы.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]