лекция по химии 21.10.11

Коллоидная химия.

Дисперсные системы- это микрогетерогенные системы, состоят из 2-х или большего числа фаз. т.е. имеется граница раздела между фазами. Одной из основных свойств таких систем, большая поверхность раздела фаз. А это совершенно особое свойство.

Поверхностные явления:

поверхностное натяжение, адсорбция, адгезия (слипание), смачивание, капиллярная конденсация. Классификация поверхностей фаз:

Подвижные : жидкость-газ, ж-ж

Неподвижные: т-г, т-ж, т-т.

Всякая поверхность раздела фаз сильно отличается по физико-химическим свойствам, от обеих граничащих фаз.

В пограничном слое, свойства резко меняются. Согласно представлениям Гипса, поверхностный слой представляет собой фазу толщиной в несколько молекулярных диаметров и по свойствам резко изменяется.

Иногда пограничный слой имеет слой равный 1 молекуле (молекулярный слой)

Площадь поверхности раздела фаз растет с уменьшением размера частиц.

Удельная площадь поверхности

Энергия Гипса в основном определяется объемом раствора, площадь не значительна, если берется дисперсная система, то пренебречь энергией Гипса нельзя. (1)

Коэффициент пропорциональности называется удельной свободной энергией поверхности.

Поверхностное натяжение- есть величина измеряемая отношением энергии Гипса поверхности к площади поверхности численно поверх натяжение равно работе которую необходимо совершить для образования единицы поверхности раздела фаз.

Живые системы- системы с очень развитыми разделами поверх. фаз.

Поверхностное натяжение зависит от природы соприкасающихся фаз, оно тем больше, чем меньше сил в молекулярного взаимодействия между фазами.

Лимендером было сформулировано правило полярности. Чем больше полярность тем больше полярное натяжение. (2)

Поверхностное натяжение зависит от природы веществ.

Растворенные вещества по способности изменять поверхностное натяжение растворителя различается величиной поверхностной активности (3)

2.Есть вещества у которых g< 0 т.е. увеличивают поверхностное натяжение.

ПИФ вещества увличивает поверхностную величину.

Поверхностная активность=0:Сахароза

3. Группа веществ уменьшающих поверхн. натяжение. К таким веществам относят дефильные молекулы. Они имею полярную голову(гидрофильная часть) и не полярный (гидрофобная)хвост. ПАВ и ПНВ.

4. Мицеллообразующие ПАВы к ним относят мыло, фосфолипиды, гликолипиды.

Изотермы поверхностного натяжения. Если рассматривать соед. одного класса, то замечается закономерность, чем длиннее гидрофобная часть, тем больше поверх. активность.

Поверхностная активность веществ одного и того же ряда возрастает приблизительно в 3 раза при увеличении углеродной цепи на одну CH2 группу. (4)

приавило Дюхло Траубе. Поверх. активные вещества делятся на ионногенные и не ионногенные, т.е. электролиты и неэлектролиты, к первым относят. триметиламмония бромид или лауриуссульфат натрия. неионогенным относят тринны и спанны эфиры сорбита и жирных кислот. Катионы и анионныве ПАВ примен. в хирургии в кач. антисептика при длинне углеводородного радикала у них ярко выражена антифаговая актив. они проник. и ингибируют ферментные системы.

С чем связана поверх. активность ПАВа.

В поверхн слое содерж поверх вещества больше, чем внутри обьема. так распред. ПАВ

ПИФ в глубине содерж растворенного вещества выше чем на поверхности.

ПНВ распределяются равномерно.

Снижение поверхностного натяжения растворов всех ПАВ обусловлено повышением их концентрации в поверхностном слое, т.е. адсорбцией в поверхностном слое.

Самопроизвольное изменение концентр. растворенного вещества или сгущение парообрза. вещества на поверхности твердого тела или жидкости называется адсорбцией. (5)

Самопроизвольно идут процессы с уменьш. площади поверхности или уменьш. поверхностного натяжения.

Адсорбция измер. в моль на литр.

Избыточная концентрация растворенного вещества в поверхностном слое. График представляет из себя параболу –изотермой адсобции. (6)

Частокол Ланднюра- вся поверхность занята молекулами ПАФ.

Уравнение которое устанавливает завис адсорбции от концентрации называется уравнение Гипса для адсорбции.

Уравнение Гипса для адсорбции универсальна и используется для разных фаз.

ж-г, ж-ж на практике.

Величина поверхностного натяжения. Есть статические методы (висящая капля), полустатическе (давление пузырька, отчет капель). Измерение используют для диагностических целей.

Сорбция: адсорбция, абсорбция, каппилярная конденсация.

Поглощающееся вещество называют сорбентом, а вещество которое поглощается сорбтивом.

Процесс обратный сорбции-десорбция.

Адсорбция на твердых поверхностях.

Твердые сорбенты вещества-поглотители –это природные или искусственные материальы с большой удельной площадью поверхности. на этой площади и происходит адсорбация из граничащих с ней газов или жидкостей. Считается, что поверхность абсорбента не однородна. На ней есть адсорбционные центры, где находятся избыточные остаточные силы.

Под влиянием сил Вандервальса, на поверх. образ. абсорбц. слои в оду или несколько молекул, на способность абсорбентам абсорбировать газ или вещество из раствора сильно влияет его пористость и физическое состояние. Например. аморфные абсорбенты лучше абсорбируют газ чем кристаллические. В качестве поглотителей, осушителей, катализаторов или носителей катализаторов используют высоко пористые абсорбенты, в виде порошка, гранул. К ним относят активированный уголь. Используется в промышл. рафинирования сахара, очистки воздуха в промыш. предприятиях как адсорбент использ в медицине. адсорб. для выведения токсинов.

Силикоглеь. Получают при нагревании кремневой кислоты. Удельная поверхность 4500 м2/м на гр и используют для поглощения влаги как осушителя органических соед.

Молекулярные ситы природные сеолиты. Кремнии алюминий содержащие органические вещества, спорами хорошо поглощают влагу.

Влияние природы адсорбата и адсорбента.

Ребинда сформулировал правило выравнивания полярностей. На неполярных адсорбентах лучше неполярные адсорбенты из полярных растворителей.

Влияние растворителя. Чем лучше в данном растворителе растворяется данный адсорбент, тем хуже он из него адсорбируется.

Природа и температура. Чем выше температура, тем адсорбция меньше.

Адсорбция – А измеряется в моль на грамм (7)

Особым видом является химическая адсорбция хемосорбция. Осуществляется за счет сил химического происхождения. Образуются поверхностные вещества.

Физическая А. обратима, химическая а. необратима. Теплота физической от 7-35 кДж при хим. 800 кДж/моль.

Повышение температуры уменьшает физич. и увелич химич.а.

Уравнение изотермы адсорбции устанавливает зависимость величины а. от конц. растворенного вещества.

Было выведено для мономолекулярной а.

Все активные центры адсорбента заняты.

Зная величину максимальной адсорбции можно найти массу адсорбата, сколько граммов вещества адсорбировалось. Зная величину предельной адсорбции можно найти площадь которую занимает молекула адсорбата (9)

Зная величину площади 1 молекулы можно рассчитать удельную поверхность. (10)

Длина молекулы адсорбата (11)

Ионно-обменная адсорбция. В растворах сильных электролитов вещество ионизировано. Ионы ионизируются лишь на полярн. адсорбентах. Ионы противоположного знака не адсорбируются на поверх.

Раиус сильно влияет на способн. к адсорбции.

Чем больше заряд иона, тем больше его адсорбционная способность. Различают 3 вида: эквивалентная встречается редко и озн. что катионы и анионы адсорб в один степени; избирательная адсорбция представляет собой адсорбцию ионов поверх кристалла, в сост. которой входят ионы той же природ. избирательную а. можно рассматривать как достройку кристаллической решетки тем ионами которые входят в состав кристаллической решетки. согласно правилу Панета и Паянса. Достраивается теми ионами из которых они состоят.; ионообменная адсорбция – называется процесс при котором адсорбент и раствор обмениваются между собой ионами одного знака. Различ катиониды(обмен. катионы) и аниониды.

Катиониды часто используются для смягчения жесткой воды.

Н и ОН иониды используются для обессоливания воды.

Методы анализа основанные на адсорбции и десорбции хроматография.