- •Предмет колоїдної хімії
- •Класифікація колоїдних систем
- •Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища.
- •Контрольні питання:
- •Поверхневі явища та їх класифікація
- •Класифікація поверхневих явищ
- •Поверхневий натяг
- •Поверхневий натяг деяких речовин на межі з повітрям при 298к.
- •Методи визначення поверхневого натягу
- •Метод капілярного підняття (метод Жюрена).
- •Метод максимального тиску в бульбашці (метод Ребіндера)
- •Сталометричний метод (метод Траубе)
- •Внутрішня (повна) питома поверхнева енергія. Залежність енергетичних параметрів поверхні від температури
- •Принципи формування поверхневого шару
- •Поверхневий натяг органічних речовин на межі з повітрям при 298к.
- •Адгезія, когезія
- •Змочування і розтікання
- •Розтікання рідин. Ефект Марангоні
- •Контрольні питання:
- •Дисперсність і властивості тіл
- •Характеристика величини і форми поверхні
- •Зміна питомої поверхні при подрібненні речовини.
- •Вплив дисперсності на внутрішній тиск
- •Капілярні явища
- •Дисперсність і реакційна здатність речовин
- •Тиск насиченої пари над викривленою поверхнею
- •Вплив дисперсності на температуру фазового переходу
- •Залежність температури топлення калію і срібла від дисперсності.
- •Вплив дисперсності на розчинність твердих тіл
- •Вплив дисперсності на рівновагу хімічних реакцій
- •Контрольні питання:
- •Адсорбційні рівноваги.
- •Основні поняття та визначення.
- •Природа адсорбційних сил
- •Фундаментальне рівняння адсорбції Гіббса
- •Теплота адсорбції.
- •Швидкість фізичної адсорбції
- •Адсорбція газів на однорідній твердій поверхні.
- •Ізотерма адсорбції (закон) Генрі
- •Теорія адсорбції Ленгмюра
- •Теорія полімолекулярної адсорбції бет
- •Адсорбція газів на пористих тілах
- •Класифікація пористих тіл
- •Теорія капілярної конденсації
- •Теорія об’ємного заповнення мікропор
- •Адсорбція на межі тверде тіло – рідкий розчин.
- •Молекулярна адсорбція
- •Іонна адсорбція
- •Адсорбція поверхнево активних речовин з розчину на межі рідина – газ
- •Контрольні питання.
- •Електричні явища на поверхні
- •Поняття про електрокінетичні явища
- •Механізм утворення подвійного електричного шару
- •Термодинамічні співвідношення між поверхневим натягом і електричним потенціалом
- •Теорії будови подвійного електричного шару.
- •Теорія Гельмгольца Перрена.
- •Теорія Гуї - Чепмена
- •Теорія Штерна.
- •Вплив електролітів на подвійний електричний шар.
- •Вплив індиферентних електролітів на подвійний електричний шар.
- •Вплив неіндиферентних (родинних) електролітів
- •Експериментальне визначення електрокінетичного потенціалу
- •Контрольні питання.
- •Методи одержання та очистки колоїдних систем
- •Диспергаційні методи
- •Конденсаційні методи
- •Термодинаміка утворення нової фази при конденсації.
- •Кінетика утворення нової фази
- •Будова міцел
- •Методи очистки колоїдних розчинів
- •Контрольні питання.
- •Агрегативна стійкість дисперсних систем.
- •Фактори агрегативної стійкості ліофобних дисперсних систем.
- •Ізотермічна перегонка в дисперсних системах.
- •Коагуляція.
- •Теорія стійкості дисперсних систем Дєрягіна, Ландау Фервея і Овербека
- •Кінетика коагуляції
- •Контрольні питання
- •Властивості дисперсних систем
- •Молекулярно – кінетичні властивості дисперсних систем
- •Броунівський рух
- •Дифузія.
- •Седиментація та седиментаційна стійкість.
- •Седиментаційний аналіз дисперсності.
- •Оптичні властивості дисперсних систем.
- •Розсіювання світла.
- •Абсорбція світла.
- •Оптичні методи дослідження дисперсних систем.
- •Структурно-механічні властивості дисперсних систем.
- •Реологічних моделі тіл.
- •Розчини поверхнево – активних речовин.
- •Класифікація пар.
- •Міцели пар.
- •Розчини високомолекулярних сполук
- •Утворення і властивості вмс
- •Взаємодія вмс з розчинниками.
- •Молекулярна маса вмс
- •ГрубоДисперсні системи.
- •Суспензії
- •Емульсії.
- •Класифікація та властивості емульсій.
- •Одержання та руйнування емульсій.
- •Основні характеристики та властивості пін.
- •Одержання та руйнування пін.
- •Аерозолі
- •Класифікація та властивості аерозолів
- •Методи одержання та практичне значення аерозолів
- •Порошки
- •Список літератури
Адсорбція на межі тверде тіло – рідкий розчин.
Адсорбція на межі тверде тіло – рідкий розчин в загальних рисах подібна до адсорбції на поверхні тверде тіло – газ, але ускладнюється тим, що з рідкого середовища одночасно адсорбується як мінімум два компоненти - розчинник та розчинена речовина. Між цими компонентами відбувається конкуренція за місце в поверхневому шарі.
Розглядаючи адсорбцію розчинів на поверхні твердого тіла розрізняють два випадки: адсорбцію неелектролітів – молекулярну адсорбцію, та адсорбцію електролітів – іонну адсорбцію.
Молекулярна адсорбція
Залежність молекулярної адсорбції з розчину на твердому тілі від концентрації для розведених розчинів добре описується рівняннями Фрейндліха (4.41) та Ленгмюра (4.37).
Рівняння адсорбції Гіббса для даного виду адсорбції застосовувати проблематично, тому що визначення поверхневого натягу на межі тверде тіло – розчин технічно важко здійснити.
Визначальне значення для молекулярної адсорбції має полярність адсорбату та адсорбенту: неполярні речовини краще адсорбуються на неполярних адсорбентах, а полярні на полярних.
Вплив природи адсорбату на його здатність до адсорбції на твердому тілі виражає правило вирівнювання полярностей Ребіндера: речовина буде адсорбуватися на поверхні розділу фаз, якщо її присутність в поверхневому шарі веде до вирівнювання різниці полярностей цих фаз, тобто адсорбція буде відбуватися, якщо полярність адсорбату знаходиться між полярностями адсорбенту і розчинника.
З правила Ребіндера можна зробити висновок: при адсорбції дифільних молекул на межі полярний розчинник – неполярний адсорбент (або навпаки) дифільні молекули будуть в поверхневому шарі орієнтуватися таким чином, щоб полярна частина молекули була повернена до полярної фази, а неполярна до неполярної.
Іонна адсорбція
Іонна адсорбція завжди відбувається тільки на полярних адсорбентах, вона як правило незворотна і зростає із збільшенням температури, що вказує на хімічну природу сил, що діють між іонами та адсорбентом.
Іони з певним знаком заряду адсорбуються на мікроділянках поверхні адсорбенту з протилежним знаком заряду.
Якщо в розчині електроліту є різні іони з однаковим знаком заряду то, відбувається вибіркова (селективна) адсорбція.
Згідно правила вибіркової адсорбції Панета - Фаянсаперевагу при адсорбції мають іони, які входять до складу кристалічної ґратки твердої поверхні. Ці іони здатні добудовувати кристалічну ґратку поверхні. Такі іони називають родинними іонами.
Наприклад, на поверхні кристалів AgI, що знаходяться в розчиніKI,першочергово будуть адсорбуватися іониI-.
Добудовувати кристалічну ґратку можуть не тільки родинні іони, але і ізоморфні з ними, тобто іони з близькою до них структурою.
Наприклад, на поверхні кристалів AgI, що знаходяться в розчиніKCl, будуть переважно адсорбуватися іониCl-.
При адсорбції з розчину неродинних (індиферентних) іонів перевагу мають іони з більшою валентністю. Чим більше валентність іона, тим сильніше він притягується протилежно зарядженими мікро ділянками поверхні.
K+<<Ca2+<<Al3+<<Th4+
З іонів з однаковою валентністю краще адсорбуються іони з більшим іонним радіусом. Чим більший радіус іона, тим менше він поляризований і тим тонша його гідратна оболонка.
Рис. 34. Співвідношення між дійсними та гідратованими радіусами іонів.
Іони з однаковою валентністю, розташовані в порядку зростання їх адсорбційної здатності, називають ліотропними рядами, аборядами Гофмейстера.
Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+
Mg2+ <Ca2+ <Sr2+ <Ba2+
F-<Cl-<Br-<I-
Якщо на поверхні адсорбенту попередньо були адсорбовані іони, то при введенні в розчин нових іонів можлива обмінна адсорбція. При цьому адсорбент буде поглинати певну кількість іонів з розчину і одночасно виділяти в розчин еквівалентну кількість іонів того самого знаку.
Обмінну адсорбцію іонів на поверхні характеризує рівняння Нікольского:
, де ( 4.0)
g1, g2– кількості 1-го та 2-го іонів на поверхні адсорбенту;
с1, с2 – концентрації іонів;
z1, z2 – заряди іонів;
k– константа рівноваги реакції іонного обміну.
Обмінна адсорбція має велике значення в природі та техніці. Природні ґрунти здатні поглинати деякі іони, наприклад K+, NH4+,і виділяти еквівалентні кількості інших катіонів, наприкладCa2+, Mg2+. Іонообмінну адсорбцію використовують для пом’якшення води. З цією метою використовують синтетичні та природнііоніти –речовини, що здатні до іонного обміну.