
- •Министерство образования и науки рф
- •Предмет коллоидной химии
- •Глава I.Дисперсные системы:
- •1.1 Основные свойства дисперсных систем
- •1.2 Классификация дисперсных систем
- •Классификация по степени дисперсности
- •Классификация по агрегатному состоянию
- •Классификация по структурно-механическим свойствам
- •Раздел II. Поверхностные явления. Адсорбция
- •2.1 Классификация поверхностных явлений
- •Классификация поверхностных явлений
- •2.2 Поверхностное явление – адсорбция
- •2.2.1 Основные понятия и определения
- •2.2.2 Адсорбция на границе жидкость-газ
- •2.2.3. Адсорбция на твердом адсорбенте
- •2.3 Адгезия и смачивание
- •Раздел III. Электрические свойства дисперсных
- •3.1 Возникновение электрического заряда
- •3.2 Современные представления о строении
- •3.3Строение мицеллы гидрофобного золя
- •3.4. Факторы, влияющие на электрокинетический потенциал
- •3.4.1 Влияние температуры
- •3.4.2 Влияние электролитов
- •3.4.3 Влияние рН среды
- •3.4.4 Влияние природы дисперсионной среды
- •3.5 Электрокинетические явления
- •3.5.1 Электрофорез
- •3.5.2 Потенциал седиментации
- •3.5.3 Электроосмос
- •3.5.4 Потенциал течения
- •Раздел IV. Устойчивость и нарушение устойчивости лиофобных золей
- •4.1. Седиментационная устойчивость
- •4.2 Агрегативная устойчивость и коагуляция
- •4.2.1 Теория устойчивости гидрофобных золей длфо
- •4.2.2 Факторы, определяющие агрегативную устойчивость
- •4.3. Коагуляция гидрофобных дисперсных систем
- •4.3.1 Коагуляция золей электролитами
- •Явление неправильных рядов
- •4.3.2 Кинетика коагуляции
- •Теория быстрой коагуляции Смолуховского
- •Константа скорости медленной коагуляции
- •Раздел V. Оптические свойства дисперсных систем
- •5.1. Рассеяние света
- •Теория светорассеяния Рэлея
- •5.2. Поглощение света и окраска золей
- •5.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов
- •Раздел VI. Молекулярно-кинетические свойства
- •6.1. Броуновское движение
- •6.2. Диффузия
- •6.3. Осмос
- •Раздел VII. Виды дисперсных систем
- •7.1. Растворы высокомолекулярных соединений (вмс)
- •7.1.1. Классификация вмс
- •7.1.2. Особенности строения полимеров
- •7.1.3. Набухание вмс
- •Термодинамика набухания
- •Кинетика набухания
- •Факторы, влияющие на набухание
- •7.1.4. Свойства растворов вмс
- •7.2. Коллоидные пав. Мицеллообразование в растворах пав
- •Применение коллоидных пав
- •7.3. Эмульсии
- •7.3.1. Классификация эмульсий
- •7.3.2. Методы получения эмульсий
- •7.3.3. Устойчивость эмульсий
- •Типы эмульгаторов
- •7.3.4. Применение эмульсий
- •7.4. Пены
- •7.4.1. Основные характеристики и классификация пен
- •7.4.2. Устойчивость пен
- •7.4.3. Методы разрушения пен
- •7.4.4. Практическое применение пен
- •7.5. Золи и суспензии
- •7.6. Порошки
- •7.6.1. Основные свойства и устойчивость порошков
- •7.6.2. Практическое применение порошков
- •Раздел VIII. Структурообразование в дисперсных системах
- •8.1. Типы структур в дисперсных системах
- •8.2. Особенности структурообразования в растворах вмс. Студни и студнеобразование
Классификация поверхностных явлений
Самопроизвольные процессы в дисперсных
системах; G<0
Уменьшение поверхности раздела фаз
(S<0;=const)
Снижение поверхностного натяжения
(<0;S = const)
Укрупнение частиц
Образование сферических частиц и
идеально гладкой поверхности жидкости
Физико-химические процессы
Электрические процессы
Коагуляция
Коалесценция
Адсорбция
Адгезия
Образование ДЭС
Электрокинетические явления
Адсорбция– процесс самопроизвольного
концентрирования вещества на поверхности
раздела фаз (обогащение поверхностного
слоя одним из компонентов раствора).
Адгезия(прилипание, сцепление) –
взаимодействие частиц поверхностных
слоев двух конденсированных фаз (т-т,
ж-ж, т-ж).
Коагуляция– укрупнение частиц
твердой дисперсной фазы.
Коалесценция– Слияние капель (или
пузырьков) внутри подвижной дисперсионной
среды (жидкости или газа) и образование
частиц большего размера.
2.2 Поверхностное явление – адсорбция
2.2.1 Основные понятия и определения
Адсорбция– самопроизвольное концентрирование веществ по поверхности раздела фаз.
Адсорбция широко используется при очистке, сушке, разделении и концентрировании жидких и газовых сред. С помощью адсорбции производят очистку и осветление воды, которая в дальнейшем используется для питья.
Восприятие человеком запаха и вкуса зависит от адсорбции молекул соответствующих веществ в носовой полости.
На явлении адсорбции основана очистка воздуха в противогазах.
Фаза, на поверхности которой происходит адсорбция, называют адсорбентом.
Адсорбируемое вещество имеет два названия: если адсорбируемое вещество находится в объеме раствора – это адсорбтив, на поверхности адсорбента (в адсорбированном состоянии) –адсорбат.
Величину адсорбции обычно выражают двумя способами.
Абсолютная адсорбция Аi– количество вещества в поверхностном слое, приходящееся на единицу площади поверхности или единицу массы адсорбента
,
моль/м2или моль/г
где
–
количествоi-го
компонента в поверхностном слое
(адсорбата);S –
площадь поверхностного слоя;m
– масса адсорбента.
Избыточная, или гиббсовская, адсорбцияГi – избытокi-го компонента в поверхностном слое по сравнению с его количеством в объеме фазы, приходящийся на единицу площади поверхности
,
моль/м2
где
–
молярная концентрацияi-го
компонента в поверхностном слое и объеме
фазы соответственно;Vs– объем поверхностного слоя;
–
количествоi-го
компонента в объеме фазы.
Если концентрация адсорбируемого вещества на поверхности значительно превышает его концентрацию в объеме, можно принять, что Г=А.
Процесс, обратный адсорбции (переход вещества из поверхностного слоя в объем фазы), называется десорбцией.
В зависимости от природы адсорбционных сил различают физическую ихимическую (хемосорбцию)адсорбцию.
При физической адсорбции взаимодействие адсорбента и адсорбата осуществляется за счет сил Ван-дер-Ваальса и водородных связей, а при хемосорбции – за счет образования химических связей.
Силы Ван-дер-Ваальса– физические силы межмолекулярного взаимодействия. Они зависят от строения взаимодействующих частиц и включают ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия.
Ориентационное, или диполь-дипольное, взаимодействие возникает между полярными частицами при взаимодействии дипольных моментов.
Потенциал ориентационного взаимодействия Uор
,
где 1,2 – дипольные моменты 1-й и 2-й молекул; k– постоянная Больцмана;T– температура;h– расстояние между молекулами.
Из уравнения следует, что энергия ориентационного притяжения прямо пропорциональна полярности реагирующих молекул и обратно пропорциональна температуре и расстоянию.
Индукционный тип взаимодействия возникает при сближении полярной и неполярной молекул. Под влиянием полярной молекулы у неполярной перераспределяется заряд и индуцируется дипольный момент. Энергия индукционного взаимодействия описывается уравнением
,
где 1 – дипольный момент полярной молекулы;2– поляризуемость неполярной молекулы (поляризуемость – способность электронных оболочек к деформации при воздействии электрического поля).
Индукционное взаимодействие не зависит от температуры.
Дисперсионноевзаимодействие играет
основную роль при взаимодействии
неполярных молекул. В процессе движения
электронного облака распределение
зарядовстановится несимметричным (т.е. возникают
флуктуации электронного облака), в
результате возникают мгновенные диполи,
они являются причиной притяжения
молекул.
Энергия дисперсионного взаимодействия
где 1,2– поляризуемость 1-й и 2-й молекул;I1, I2 – потенциал ионизации 1-й и 2-й молекул.
Итак, энергия межмолекулярного взаимодействия является результатом трех составляющих. Она зависит от расстояния, дипольного момента, поляризуемости и потенциала ионизации реагирующих молекул и слабо зависит от температуры.
В зависимости от агрегатного состояния смежных фаз различают адсорбцию на границе жидкость-газ, жидкость-жидкость, твердое тело-жидкость, твердое тело-газ.