Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверхностные явления и свойства дисперсных систем. Учебное пособие
.pdf
61
1)
Sdt
dx
dC
Ddm
dt
Sdx
dC
Ddm
1
Sdt
dC
dx
Ddm
dt
S
dx
dC
Ddm
1
rB 6
BTkD /
Б
Dt22
Dt2
2
2
dt
S
dx
dC
Ddm
1
S
x
C
D
x
C
2
2
2
2
x
C
D
x
C
; 2)
;
3)
8. Закон Эйнштейна-Смолуховского выражается соотношени-
ем:
1)
3)
9. Размерность коэффициента диффузии D:
1) м3/с; 2) м2/с; 3) м/с; 4) м/с2.
10. Величина среднеквадратичного сдвига частицы
висит от:
1) вязкости дисперсионной среды; 2) температуры;
3) плотности дисперсионной среды; 4) радиуса частицы.
11. Выберете уравнение, иллюстрирующее второй закон Фика:
1)
3)
12. При одинаковой массовой концентрации осмотическое
давление золя:
1) увеличивается осмотическое давление раствора электролита;
2) уменьшается осмотическое давление раствора электролита;
3) равно осмотическому давлению раствора электролита.
13. Интенсивность броуновского движения зависит от:
1) повышения температуры, уменьшения массы частицы и вязкости дисперсионной среды;
2) понижения температуры, уменьшения массы частицы и вязкости дисперсионной среды;
3) повышения температуры, увеличения массы частицы и вязкости дисперсионной среды.
14. Ультрафильтрацией называется диализ, проводимый
_______ во внутренней камере.
;
;
; 4)
.
2)
4)
; 2)
.
;
.
не за-
;
62
1) под давлением 2) под разряжением
3) под действием электрического поля
15. Броуновское движение относится к _______ свойствам
дисперсных систем.
1) диффузионным
2) седиментационным
3) молекулярно-кинетическим
4) осмотическим
16. Все молекулярно-кинетические свойства коллоидных сис-
тем являются следствием ……….
1) броуновского движения
2) кинетической теории газов
3) теплового движения частиц
4) основных законов термодинамики
17. Явление односторонней ______ растворителя через полупроницаемую мембрану называется осмосом
1) диффузии
2) адгезии
3) когезии
4) коагуляции
18. Самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового движения называется ______.
19. Выберите из предложенных явлений, относящиеся к
разряду молекулярно-кинетических:
1) Броуновское движение 2) Смачивание
3) Диффузия 4) Адсорбция
5) Осмос 6) Светорассеяние
7) Коагуляция 8) Седиментация
20. Выберите правильные ответы. Осмотическое давление
зависит от:
1) концентрации частиц дисперсной фазы
2) температуры
3) плотности частиц дисперсной фазы
4) плотности дисперсионной среды
21. Выберите правильные ответы. Броуновское движение
зависит от:
1) массы частиц дисперсной фазы
2) температуры
63
3) вязкости дисперсионной среды
Название
Формула
1. Броуновское движение
А.
Sdt
dx
dC
Ddm
2. Диффузия
B.
TkБ
3. Осмос
C.
gr)(2
9
0
4. Седиментация
D.
Dt22
Ученые:
Открытия:
1. Эйнштейн-Смолуховский
А. диффузия
2. Фик
B. седиментационно-
диффузионное равновесие
3. Вант–Гофф
С. броуновское движение
4. Лаплас
D. осмос
Ученые:
Открытия:
1. Броун
А. диффузия
2. Фик
B. броуновское движение
3. Квинке
C. электроосмос
4. Рейсс
D. потенциал течения
Явления:
Уравнения:
1. седиментация
А. Ленгмюра
2. светорассеяние
B. Эйнштейна
3. адсорбция
C. Рэлея
4. диффузия
D. Стокса
Название:
Определение:
1. Броуновское движение
А. Наблюдения рассеяния света в
оптическом микроскопе.
4) плотности частиц дисперсной фазы
22. Установите соответствие между явлениями и формулами, описывающими эти явления:
23. Установите соответствие между учеными и их открытиями:
24. Установите соответствие между учеными и их открытиями:
25. Установите соответствие между явлениями и уравнениями,
описывающими их:
26. Установите соответствие между множествами:
64
2. Ультрафильтрация
B. Непрерывное беспорядочное
движение частиц микроскопических
и коллоидных размеров, не затухающее во времени.
3. Ультрамикроскопия
C. Самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул,
ионов или коллоидных частиц под
влиянием их теплового движения.
4. Диффузия
D. Диализ, проводимый под давлением во внутренней камере.
27. Укажите условие основного соотношения седиментацион-
Оптические явления
Соот-
ношение
r и λ
Примечание
Прохождение света через
дисперсную систему
r << λ
Характерно для прозрачных сис-
тем. Наблюдается в истинных рас-
творах с молекулярной степенью
дисперсности и характерно для
большинства жидких веществ
Преломление света частицами дисперсной фазы
(если частицы прозрачны)
r >> λ
Это микрогетерогенные и грубо-
дисперсные системы. Об этих двух
явлениях можно судить по мутно-
сти в системах
Отражение света частицами дисперсной фазы
(если частицы не прозрачны)
Рассеяние света
r ≤ λ
Это истинно коллоидные системы
(ультрамикрогетерогенные).
ного анализа:
1. F
тяж > Fтр ;
2. F
тяж = Fтр ;
3. F
4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
При падении луча света на дисперсную систему наблюдаются
следующие оптические явления (табл. 4.1):
Оптические явления, наблюдаемые в дисперсных системах
тяж < Fтр ;
Таблица 4.1
65
Примчание: r – радиус частицы дисперсной фазы; λ – длина волны
м
717
107104
Рис. 4.1. Эксперимент, при
котором можно наблюдать
конус Тиндаля в коллоид-
ных системах
0
2
2
0
2
1
2
0
2
1
4
23
2
24
I
nn
nn
V
I
Р
падающего света,
.
Для ультрамикродисперсных систем характерно явление све-
торассеяния, или опалесценции («opalus» - минерал молочно-
голубоватого или желто-белого цвета). Опалесценция – матовое свечение, чаще всего голубоватых оттенков, наблюдается в КС при боковом освещении на темном фоне (рис. 4.1).
Опалесценция становится более заметной, если параллельный
пучок света заменить световым пучком сходящихся лучей, поставив
между источником света и кюветой с коллоидным раствором выпуклую линзу. При наблюдении сбоку можно увидеть ярко светящийся
конус, который впервые наблюдал Л.М. Ломоносов, а потом в 1857 г.
Фарадей. Однако подробно оно было изучено Тиндалем (1869 г.), и
поэтому светящийся конус называют конусом Тиндаля.
4.1 Рассеяние света в дисперсных системах
Количественные закономерности рассеянного света были получены Рэлеем. Его уравнение, связывающее интенсивность рассеянного света IР с интенсивностью падающего света I0 выполняется при
следующих условиях:
1. частицы ДФ должны быть сферическими и не должны про-
водить электрический ток (т.е. не металлические);
2. коллоидная система должна быть разбавленной, т.е. части-
цы должны рассматриваться как отдельные центры рассеивания.
Уравнение Рэлея:
, (4.1)
66
)(
fIP
6
2
32
3
4
rfrfVfI
Р
4
1
fI
Р
2
2
0
2
1
2
0
2
1
2
nn
nn
fI
Р
)(
01
nn
01
nn
0
P
I
l
пр
II
0
пр
I
где V – объем сферических частиц; – численная концентрация (это
число частиц в единице объема); λ – длина волны падающего света; n1
и n0 – показатели преломления фазы и среды соответственно.
Анализ уравнения Рэлея:
. Это позволяет по измерению IР определять кон-
центрацию, т.е. производить количественный анализ дисперсных систем с частицами постоянного размера.
,
где V и r – объем и радиус частицы соответственно. Эта зависимость
сохраняется только для высокодисперсных или ультрамикрогетерогенных наносистем, где r меньше 10-7 м.
. При боковом освещении дисперсные системы
будут иметь голубоватую окраску (это коротковолновая часть спектра хорошо рассеивается), а в проходящем – красноватую (это длинноволновая часть спектра - плохо рассеивается).
. Интенсивность рассеянного света растет с
ростом
не наблюдается
. При
в однородных средах светорассеяние
.
4.2 Поглощение света в дисперсных системах
Классическим уравнением, описывающим поглощение света,
является уравнение Бугера – Ламберта – Бера:
, (4.2)
где
– интенсивность проходящего света; l – толщина слоя дис-
персной системы, через который проходит луч света; τ – мутность
системы.
67
Мутность характеризует способность системы ослаблять ин-
l
D
l
I
I
пр
3,2
lg3,2
0
пр
I
I
D0lg
тенсивность проходящего через нее света.
, (4.3)
где
1. Укажите соответствия. При следующих соотношениях меж-
ду радиусом частиц дисперсной фазы r и длиной волны падающего
света λ в коллоидных системах наблюдаются следующие явления:
1) при r ≤ λ
2) при r » λ
3) при r « λ
Варианты ответов:
А) преломление и отражение
В) рассеяние
С) прохождение света
2. Укажите соответствия. В различных коллоидных системах
могут возникать следующие явления:
1) в истинных растворах
2) в ультрамикрогетерогенных системах
3) в микрогетерогенных и грубодисперсных системах
Варианты ответов:
А) прохождение света
В) рассеяние света
С) преломление и отражение света
3. Выберите один правильный ответ. Матовое свечение, чаще
всего голубоватых оттенков, наблюдаемое в коллоидных системах при
боковом освещении на темном фоне, называется:
1) адсорбцией 2) опалесценцией
3) коагуляцией 4) седиментацией
– оптическая плотность системы.
4.3 Тестовые задания по оптическим свойствам
дисперсных систем
68
4. Выберите правильные ответы. Уравнение Рэлея применимо
0
2
2
0
2
1
2
0
2
1
4
23
2
24
I
nn
nn
V
I
Р
nkD
l
пр
eII
0
для систем:
1) концентрированных
2) разбавленных
3) где частицы дисперсной фазы сферические
4) где частицы дисперсной фазы неметаллические
5) где частицы дисперсной фазы проводят электрический ток.
5. Выберите один правильный ответ. Интенсивность рассеян-
ного света описывается:
1) уравнением Рэлея
2) уравнением Бугера-Ламберта-Бера
3) уравнением Геллера
6. Выберите правильные ответы. В уравнении Рэлея интенсив-
ность рассеянного света зависит:
1) от оптической плотности системы
2) показателей преломления фазы и среды
3) длины волны падающего света
4) объема частиц дисперсной фазы
5) интенсивности проходящего света
6) интенсивности падающего света
7. Выберите один правильный ответ. Уравнение Бугера-
Ламберта-Бера описывает ослабление интенсивности _____ света
1) отраженного 2) проходящего
3) рассеянного 4) преломленного
8. Укажите соответствия:
1) уравнение Рэлея
2) уравнение Бугера-Ламберта-Бера
3) уравнение Геллера
Варианты ответов:
А)
В)
С)
69
9. Укажите последовательность операций, необходимых для
)(lglg
fD
0lg
I
I
D
пр
пр
I
I
D0lg
0
lg IID
пр
0
lg IID
пр
определения размера частиц исследуемой системы методом светорассеяния:
1) построение графика зависимости
и определение
тангенса угла наклона прямой (z)
2) расчет радиуса частиц r
3) измерение оптической плотности D исследуемых систем при
заданных длинах волн
4) определение коэффициента (n), зависящего от размера и
формы частиц
10. Выберите один ответ. _____ - это параметр, характеризующий способность системы ослаблять интенсивность проходящего через нее света
1) мутность 2) цветность
3) оптическая плотность
11. Выберите один правильный ответ. Оптическая плотность D –
это величина, равная:
1)
2)
3)
4)
12. Выберите один правильный ответ. Каким физическим явлением обусловлен эффект Тиндаля?
1) поглощением света 2) светорассеянием
3) отражением света 4) преломлением света
13. Выберите один правильный ответ. В каких системах наиболее ярко проявляется конус Тиндаля?
1) в коллоидных системах
2) в воде
3) в истинных окрашенных растворах
4) в любых окрашенных системах
14. При каких соотношениях λ - длины волны падающего света,
и r – размер частицы конус Тиндаля проявляется наиболее ярко?
1) λ ≥ r 2) λ « r
3) λ » r 4) при любых соотношениях
70
5. ПОЛУЧЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Способы получения дисперсных систем (ДС):
диспергирование – измельчение, дробление до нужной сте-
пени дисперсности;
конденсация – это ассоциация молекул в агрегаты из ис-
тинных растворов.
Оба случая сопровождаются образованием новой поверхности
(т.е. увеличением удельной площади поверхности веществ) и требуют
затрат энергии (кроме, например, самопроизвольного диспергирования).
5.1 Методы диспергирования для получения дисперсных систем
Механические методы. Встречаются в природе – обвал, вы-
ветривание горных пород за счет воды, ледников. В промышленности
используют шаровые мельницы, которые представляют собой полый
барабан, наполненный шарами, которые при вращении падают, перекатываются и ударяются о материал, разрушая его. В результате получают частицы грубого размола (размер частиц до 10-4 м), время дробления может занимать несколько суток.. После шаровых мельниц порошок подают в коллоидные мельницы (с большой скоростью вращения ротора - до 15000 об./мин.), которые позволяют получить частицы
размером до 10-7 м, время дробления 15-20 мин. Их применяют для
дробления крахмала, сахара, кофе, графита, химических реактивов.
Ультразвуковое диспергирование с частотой 106 – 107 Гц. В
результате в системе происходят локальные сжатия и расширения вещества, что приводит к разрушению системы. Метод используют для
дробления жидких (получают эмульсии) и твердых непрочных тел
(мел, графит).
Электрический метод (электродробление) используют для
получения золей металлов (например, Pt, Au). Создается вольтова дуга
между электродами из диспергируемого металла, помещенными в воду или другой растворитель. Металл электродов распыляется при высокой температуре и конденсируется в растворителе с образованием
золя. Вся система при этом охлаждается.
Химическое диспергирование (пептизация) состоит в про-
мывании осадка и переводе его в золь за счет удаления избытка электролита, вызвавшего образование осадка. Метод применяется только
для свежеприготовленного осадка. Пептизаторы - ПАВ, полимеры и
многозарядные ионы. Функция пептизаторов – обволакивание частицы дисперсной фазы и адсорбция на их поверхности. Образуют соль-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]