Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверхностные явления и свойства дисперсных систем. Учебное пособие
.pdf
71
ватный слой, который препятствует слипанию частиц и способствует
2
2,12
3
1
RKRKWWW
SДЕФ
2,1
их равномерному распределению в объеме дисперсионной среды с образованием коллоидных систем.
Работа диспергирования W равна сумме работы объемного
деформирования тела W
и работы образования новой поверхности
ДЕФ
WS .
,
(5.1)
где K1 и K2 – коэффициенты пропорциональности;
– поверхност-
ное натяжение; R – радиус частиц дисперсной фазы.
Методом диспергирования можно получить микрогетерогенные системы (R = 10–4 – 10
–9
10
м) получают методом конденсации.
–7
м). Ультрамикрогетерогенные (R = 10–7 –
5.2 Конденсационные методы получения дисперсных систем
Гетерогенная конденсация – зарождение новой фазы идет на
уже имеющихся поверхностях (стенках сосуда, посторонних веществах).
Гомогенная конденсация – идет на поверхности ядер или зародышей, возникающих в результате флуктуации (резкого отклонения от
среднего значения) плотности и концентрации в системе.
Связаны с агрегацией частиц в более крупные частицы. В результате пересыщения (метастабильные состояния) появляются условия для возникновения зародышей новой фазы.
Физические методы связаны с изменением природы среды или
условий (t, p) существования раствора таким образом, чтобы вещество
из растворимого становилось нерастворимым.
1) Замена растворителя. В раствор какого-либо вещества добавляют жидкость, в которой это вещество нерастворимо. Получается
пересыщенный раствор и идет конденсация молекул в частицы.
2) Конденсация (охлаждение). Например, туман в природе образуется при резком охлаждении воздуха и конденсации водяных паров.
Химические методы – это различные химические реакции
(окисления, восстановления, гидролиза, обмена и др.), приводящие к
72
образованию труднорастворимых продуктов. Таким образом, наиболее
а) AgNO3 ↔ Ag+ + NO
3
–
б) KJ ↔ K+ + J–
Уравнения диссоциации стабили-
заторов
высокодисперсные системы образуются при смешении концентрированного раствора одного вещества с разбавленным раствором другого.
Высокая концентрация одного обеспечивает пересыщение и большую
скорость возникновения зародышей, а малая концентрация другого
ограничивает скорость их роста. Кроме того, избыток одного из веществ выполняет роль стабилизатора.
5.3 Строение мицеллы. Строение двойного
электрического слоя (ДЭС)
Коллоидные системы гидрозоли состоят из мицелл и молекул
дисперсионной среды. Мицелла — это структурная единица коллоидной системы, представляющая собой совокупность молекул дисперсной фазы (агрегат) вместе со своим двойным электрическим слоем.
Рассмотрим строение мицеллы на примере гидрозоля йодистого серебра AgI, который получают по реакции
AgNО3 + KJ АgJ + KNO3.
Для придания стабильности коллоидной системе один из ис-
ходных компонентов необходимо взять в избытке. Вещество, взятое в
избытке, является стабилизатором коллоидной системы. Рассмотрим
два случая получения гидрозоля AgJ: а) когда в избытке берется
AgNO3; б) когда в избытке берется KJ. Мицеллы в этих гидрозолях
йодида серебра будут отличаться друг от друга.
В основе мицеллы лежит агрегат AgJ, представляющий собой
совокупность частей дисперсной фазы, включающий неопределенное
количество молекул m нерастворимого соединения (рис. 5.1).
На поверхности агрегата по правилу Фаянса - Панета адсор-
бируются n количество ионов, имеющих химическое сродство к агрегату (т.е. те ионов, которые могут достраивать кристаллическую решетку агрегата). В случае а) это nAg+ ; в случае б) nJ– . Эти ионы называются потенциалопределяющими. В совокупности с агрегатом
они образуют ядро мицеллы, которое имеет положительный (а) и отрицательный (б) заряды (рис. 5.1).
73
На поверхности ядра в результате электростатического взаимодействия (происходит частичная нейтрализация заряда ядра) адсорбируются часть ионов а) (n-x) NO
–
; б) (n-x) К+. Эти ионы называются
3
противоионами адсорбционного слоя. В совокупности с ядром они
образуют коллоидную частицу, которая имеет положительный (а) и
отрицательный (б) заряды. Знак заряда коллоидной частицы определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов. К ее поверхности
притягивается в результате электростатического взаимодействия (происходит полная нейтрализация заряда коллоидной частицы) оставшаяся часть ионов: а) x NO
–
; б) x К+. Эти ионы называют противоиона-
3
ми диффузного слоя. В совокупности с коллоидной частицей они образуют мицеллу.
Рис. 5.1 Схема строения мицеллы
Мицелла - это агрегат вместе со своим двойным электрическим слоем (ДЭС). ДЭС состоит из адсорбционного (плотного) слоя и
диффузного (размытого) слоя. Внутренняя часть адсорбционного слоя
образована потенциалопределяющими ионами, а внешняя – противоионами адсорбционного слоя. Толщина его неизменна и равна двум
радиусам ионов (рис. 5.2).
Диффузный слой образован противоионами диффузного слоя.
Толщина его может меняться в зависимости от внешних условий
(природы дисперсионной среды, концентрации дисперсной фазы, рН
среды, температуры и присутствия электролита). Противоионы диффузного слоя удерживаются на поверхности коллоидной частицы благодаря силам электростатического взаимодействия. При этом они находятся в постоянном тепловом движении.
74
Рис. 5.2 Схема строения мицеллы (I) и строения двойного электриче-
ского слоя (II) золя йодида серебра (коллоидная частица и мицелла
условно ограничены пунктирными линиями) в случае, когда в избытке
взят KJ
5.4 Тестовые задания по получению дисперсных систем
1. Выберите один правильный ответ. _____ метод получения
коллоидных систем, при котором происходит раздробление и измельчение вещества дисперсной фазы.
1) конденсация 2) диспергирование
3) коагуляция 4) седиментация
2. Выберите один правильный ответ. _____ - метод получения
коллоидных систем, при котором наблюдается ассоциация молекул в
агрегаты из истинных растворов.
1) коагуляция 2) диспергирование
3) конденсация 4) седиментация
3. Укажите все способы диспергирования коллоидных систем:
1) механические (дробление, истирание, шаровые и коллоидные мельницы)
2) замена растворителя
3) ультразвуковой
4) химический (пептизация)
5) электрический (электродробление)
6) резкое изменение температуры
4. Укажите отличительные особенности метода диспергирования:
1) большие энергозатраты
75
2) измельчение частиц до радиуса R = 10-9 м
3) невозможность получения систем с высокой степенью дисперсности (R < 10-7 м)
5. Укажите особенности метода диспергирования:
1) удельная межфазная поверхность системы возрастает
2) удельная межфазная поверхность системы уменьшается
3) дисперсность системы возрастает
4) дисперсность системы уменьшается
5) увеличиваются размеры частиц
6) уменьшаются размеры частиц
6. Выберите один правильный ответ. Работа необходимая для
диспергирования равна:
1) произведению работы объемного деформирования тела W
ДЕФ
и работы образования новой поверхности WS
2) сумме работы объемного деформирования тела W
ДЕФ
и рабо-
ты образования новой поверхности WS
3) разности работы объемного деформирования тела W
ДЕФ
и
работы образования новой поверхности WS
7. Укажите соответствия.
1) при гетерогенной конденсации
2) при гомогенной конденсации
Варианты ответов:
А) зарождение новой фазы идет уже на имеющихся поверхно-
стях (стенках сосуда, посторонних веществах)
В) зарождение новой фазы идет на поверхности ядер и зародышей, возникших в результате флуктуации плотности и концентрации в
системе
С) зарождение новой фазы идет на поверхности ядер и зародышей, возникших в результате изменения объема системы
8. Выберите правильные ответы. Физическая конденсация на-
блюдается _____
1) при резком изменении температуры
2) значительном изменении объема системы
3) замене растворителя
4) удалении растворителя
5) изменении концентрации частиц дисперсной фазы
9. Укажите соответствие. Системы с размером частиц от 10-7 м
до 10-9 м , имеющие твердую дисперсную фазу, называются:
1) гидрозолями
76
2) лиозолями
3) аэрозолями
Варианты ответов:
А) если дисперсионной средой является любая другая жидкость
В) если дисперсионной средой является вода
С) если дисперсионная среда газообразная
10. Выберите правильные ответы. Для получения гидрозолей
применяют реакции
1) двойного обмена 2) полимеризации
3) окисления 4) восстановления
5) гидролиза 6) поликонденсации
11. Выберите один правильный ответ. Структурная единица
коллоидной системы, представляющая собой совокупность молекул
дисперсной фазы (агрегат) со своим двойным электрическим слоем
называется:
1) коллоидной частицей 2) мицеллой
3) ядром 4) агрегатом
12. Выберите один правильный ответ. Вещество, взятое в избытке, для придания стабильности коллоидной системе, называется:
1) коагулятор 2) стабилизатор
3) диспергатор 4) эмульгатор
13. Укажите последовательность адсорбции ионов стабилизатора на поверхности агрегата:
1) противоионы диффузионного слоя
2) потенциалопределяющие ионы
3) противоионы адсорбционного слоя
14. Укажите последовательно путь образования мицеллы (от
меньшего к большему):
1) мицелла 2) ядро
3) агрегат 4) коллоидная частица
15. Выберите один правильный ответ. Ионы, способные достраивать кристаллическую решетку агрегата, называются:
1) противоионами диффузионного слоя
2) противоионами адсорбционного слоя
3) потенциалопределяющими ионами
16. Выберите один правильный ответ. Потенциалопределяющие ионы вместе с агрегатом образуют
1) ядро мицеллы 2) коллоидную частицу 3) мицеллу
77
17. Выберите один правильный ответ. Какие ионы в результате
33)()( xNONOxnnAgAgIm
x
nAgAgIm )(
xNOxnnAgAgIm
3
)()(
)(AgIm
xKKxnnIAgIm
x
)()(
xK
электростатического взаимодействия притягиваются к ядру мицеллы?
1) противоионы диффузионного слоя
2) противоионы адсорбционного слоя
3) потенциалопределяющие ионы
18. Укажите соответствия:
1) мицелла
2) коллоидная частица
Варианты ответов:
А) заряжена, знак заряда определяется знаком заряда противо-
ионов адсорбционного слоя
В) заряжена, знак заряда определяется знаком заряда потен-
циалопределяющих ионов
С) электронейтральна
D) заряжена, знак заряда определяется знаком заряда противо-
ионов диффузионного слоя
19. В мицелле
укажите соответ-
ствия:
1) агрегат
2) ядро
3) коллоидная частица
Варианты ответов:
А)
В)
С)
20. Выберите один правильный ответ. Метод, при котором осадок со сформированными частицами дисперсной фазы переходит в
коллоидное состояние, называется:
1) коагуляцией 2) пептизацией
3) седиментацией 4) коалесценцией
21. В мицелле
1) потенциалопределяющие ионы
2) противоионы адсорбционного слоя
3) противоионы диффузионного слоя
Варианты ответов:
А)
укажите соответствия:
78
В)
)(AgIm
nI
Kxn )(
xFFxnnAlOmAl
x
3)(3
3
3
32
xFAlxnnFOmAl
x
3)(3
3
3
32
3
3
3
32
)(3 xAlAlxnnFOmAl
x
xIIxnnFeOHmFe
x
3)(3)(
3
3
3
xIFexnnIOHmFe
x
3)(3)(
3
3
3
3
3
3
3
3)(3)( xFeFexnnIOHmFe
x
4
NaMnO
442
)( xMnOMnOxnnNamMnO
x
xNaNaxnnMnOmMnO
x
)(
42
442
)( xMnONaxnnMnOmMnO
x
xClClxnnAlOmAl
x
3)(3
3
3
32
xClAlxnnClOmAl
x
3)(3
3
3
32
3
3
3
32
)(3 xAlAlxnnClOmAl
x
2
3
23
3
3)(32 xOOxnnAlmAlCl
x
С)
D)
22. Укажите мицеллу для золя Al2O3 в случае, когда AlF3 является стабилизатором:
1)
2)
3)
23. Укажите мицеллу для золя гидроксида железа в случае, когда FeI3 является стабилизатором:
1)
2)
3)
24. Укажите мицеллу для золя диоксида марганца в случае, когда
является стабилизатором:
1)
2)
3)
5.4.1. Задачи на выбор мицеллы
1. Укажите мицеллу для золя Al2O3 в случае, когда AlCl3 является стабилизатором:
1)
2)
3)
4)
2. Укажите мицеллу для золя гидроксида железа в случае, когда
FeCl3 является стабилизатором:
79
1)
xClClxnnFeOHmFe
x
3)(3)(
3
3
3
xClFexnnClOHmFe
x
3)(3)(
3
3
3
3
3
3
3
3)(3)( xFeFexnnClOHmFe
x
xOHOHxnnFemFeCl
x
3)(3
3
3
3
xKKxnnMnOmMnO
x
)(
42
442
)( xMnOMnOxnnKmMnO
x
442
)( xMnOKxnnMnOmMnO
x
2
4
24
4
2)(2 xOOxnnMnmKMnO
x
3
2
3
2
2
2)(2)( xNONOxnnFeOHmFe
x
2
2
3
2
2
2)(2)( xFeNOxnnFeOHmFe
x
2
2
2
32
)(2)( xFeFexnnNOOHmFe
x
xOHOHxnnFeNOmFe
x
2)(2)(
2
2
23
xKKxnnOHOHmAl
x
)()(
3
xKOHxnnKOHmAl
x
)()(
3
xOHOHxnnKOHmAl
x
)()(
3
xKOHxnnOHOHmAl
x
)()(
3
2)
3)
4)
3. Укажите мицеллу для золя диоксида марганца в случае, когда KMnO4 является стабилизатором:
1)
2)
3)
4)
4. Укажите мицеллу для золя Fe(OH)2 в случае, когда Fe(NO3)2
является стабилизатором:
1)
2)
3)
4)
Ответ: 1
5. Укажите мицеллу для золя Al(OH)3 в случае, когда KOH является стабилизатором:
1)
2)
3)
4)
80
xClClxnnCrOHmCr
x
3)(3)(
3
3
3
xClCrxnnCrOHmCr
x
3)(3)(
3
33
3
xOHOHxnnCrmCrCl
x
3)(3
3
3
3
3
3
3
3
)(3)( xCrCrxnnClOHmCr
x
3
2
3
2
2
2)(2)( xNONOxnnCuOHmCu
x
2
2
3
2
2
)(2)( xCuNOxnnCuOHmCu
x
2
2
2
32
)(2)( xCuCuxnnNOOHmCu
x
xOHOHxnnCuNOmCu
x
2)(2)(
2
2
23
xKKxnnFmFeF
x
)(
3
xFFxnnKmFeF
x
)(
3
33)(3 xFeFexnmKFnF
x
xKFxnnFmFeF
x
)(
3
xHHxnmAgInI
x
)(
xHIxnmAgInI
x
)(
xIHxnmAgInI
x
)(
6. Укажите мицеллу для золя Cr(OH)3 в случае, когда CrCl3
является стабилизатором:
1)
2)
3)
4)
7. Укажите мицеллу для золя Cu(OH)2 в случае, когда
Cu(NO3)2 является стабилизатором:
1)
2)
3)
4)
8. Укажите мицеллу для золя FeF3 в случае, когда KF является
стабилизатором:
1)
2)
3)
4)
9. Укажите мицеллу для золя AgI в случае, когда HI является
стабилизатором:
1)
2)
3)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]