3.2 Оптичні властивості золей та оптичні методи їх дослідження

Розсіювання світла в колоїдних системах. Ефект Тіндаля. Рівняння Релея. Приклади прояву та застосування оптичних властивостей дисперсних систем.

Оптичні методи дослідження колоїдних систем. Ультрамікроскопія. Нефелометрія.

3.3 Структурно-механічні (реологічні) властивості

В’язкість колоїдних систем. Залежність в’язкості від температури і концентрації дисперсної фази. Способи визначення в’язкості.

Течія і в’язкість структурованих систем. Реологічна крива структурованої рідини, її основні ділянки. Залежність ефективної в’язкості від напруги зсуву.

В’язкість розчинів ВМС, рівняння Штаудінгера і Марка-Куна-Хаувінка. Визначення молярної маси ВМС за в’язкістю розчинів.

3.4 Електричні властивості та електрокінетичні явища

Виникнення подвійного електричного шару (ПЕШ) на межі поділу фаз та його будова. Дифузійний шар, його товщина. Електрокінетичний (дзета) потенціал. Вплив різних факторів на величину дзета-потенціалу. Перезарядка поверхні.

Утворення міцели гідро золю, її будова. Заряд частинки, потенціал визначальні іони та проиіони.

Електрокінетичні явища: електроосмос, електрофорез. Рівняння Гельмгольца-Смолуховського для швидкості електрофоретичного та електроосмотичного переносу. Потенціал протікання та осідання (седиментації). Використання електрокінетичних ефектів у суспільному виробництві. Способи визначення величини електрокінетичного потенціалу.

4. Стійкість і коагуляція дисперсних систем

4.1 Фактори коагуляції і стійкості

Фактори агрегативної стійкості. Коагуляція, стадії і швидкість коагуляції. Кінетика швидкої коагуляції за Смолуховським, константа коагуляції. Повільна коагуляція, фактор стабільності.

Висновки із теорії стійкості гідрофобних систем ДЛФО. Потенціальні криві взаємодії колоїдних частинок. Сили протягування і відштовхування, потенціальний бар’єр. Ближня і дальня взаємодії. Коагуляційні та конденсаційно-кристалізаційні структури.

Коагуляція під дією електролітів. Поріг коагуляції. правило коагуляції Шульце-Гарді. Коагуляція золів сумішами електролітів. Концентраційна і нейтралізаційна коагуляції. Прояви в природі та застосування електролітної коагуляції. Зворотність коагуляції. Тіксотропія, пептизація.

Стійкість ліофобних колоїдів з молекулярними адсорбційними шарами. Стабілізація колоїдів. Колоїдний захист. Захисне число. Адсорбційно-сольватний бар’єр.

4.2 Методи одержання і очищення золів.

Основні методи одержання колоїдних систем (диспергаційні, конденсаційні, хімічні).

Методи очищення золів (діаліз, електродіаліз, ультрафільтрація).

5. Окремі класи дисперсних систем

5.1 Розчини ПАР (ліофільно-міцелярні системи)

Міцелоутворення в розчинах ПАР. Іоногенні і неіоногенні ПАР. Гідрофільно-ліпофільний баланс.

Механізм міцело утворення Критична концентрація міцелоутворення (ККМ). Способи її визначення. Фактори, що впливають на ККМ. Солюбілізація. Мила, механізм миючої дії мил.

5.2 Розчини ВМС

Структурні типи ВМС. Властивості розчинів ВМС. Пластифікація. Набухання, його кінетика і механізм. Гелі і драглі.

5.3 Мікрогетерогенні грубодисперсні системи

Аерозолі, піни, емульсії, суспензії. Їх особливості, властивості, застосування.

Розділ 1. Дисперсійний аналіз суспензій

Лабораторна робота 1

Седиментаційний аналіз полідисперсних систем

Мета роботи: ознайомлення з методом седиментаційного аналізу, визначення фракційного складу полідисперсних систем та побудова кривої розподілу частинок дисперсної фази за розмірами.

1. Основні теоретичні положення

У виробничій практиці та побуті часто використовуються суспензії, грубодисперсні системи з частинками різних розмірів. Для аналізу систем з розмірами частинок від 1 до 100 мкм найчастіше використовують седиментаційний метод, який базується на визначенні швидкості осідання чи спливання частинок у рідинному середовищі. Якщо густина речовини дисперсної фази перевищує густину дисперсійного середовища, то частинки осідають зі швидкістю V_c, яка залежить від їх розмірів (маси) та властивостей середовища й описується рівнянням Стокса

. (1.1)

Визначивши швидкість осідання частинок V_c = h/t, за рівнянням Стокса, легко розрахувати радіус r частинок дисперсної фази:

, (1.2)

де  - в’язкість середовища ((Н₂О)=10^-3 Па^.с),  та ₀ - густина речовини дисперсної фази та середовища відповідно (₀(Н₂О) = 1 кг/л), g - прискорення вільного падіння (9,8 м/с²), h - відстань, пройдена частинками за час t (висота стовба осідання).

Для визначення швидкості осідання дисперсної фази в рідинному середовищі використовують седиментометри, які існують у кількох варіантах (Фігуровського, Робінсона, Ребіндера, Вігнера тощо). Використання кожного з них дозволяє виявити змінність маси m дисперсної фази як функції часу t осідання, і побудувати седиментаційну криву (рис. 1). Будь-яка точка кривої седиментації показує масу речовини, яка осіла за даний проміжок часу t. Завдання зводиться до того, щоб із загальної маси осадженої речовини виділити масову частку фракцій, які повністю випали, та визначити їх розміри.

У роботі використовується седиментометр Вігнера (рис. 2), принцип дії якого базується на зміні гідростатичного тиску в процесі седиметації. Седиментометр складається з циліндра (1), у якому знаходиться суспензія, та похило встановленого манометра (2), куди затягується лише дисперсійне середовище. Седиментація призводить до зміни питомої ваги суспензії, що зменшує тиск стовпчика суспензії та викликає переміщення меніска рідини в манометрі.

Оскільки переміщення меніска l відповідає зміні маси суспензії m в результаті осідання частинок дисперсної фази, то за даними експерименту будують криву осідання полідисперсної системи (седиментаційну криву) l (або m) від t (див. рис. 1). Час t₁ відповідає моменту повного осідання найкрупніших частинок, а t_ - часу осідання найдрібніших частинок, здатних до седиментації.