- •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 поверхнево активних речовин з розчину на межі рідина – газ
В адсорбційному рівнянні Гіббса (4.23) вплив природи речовини на адсорбцію відображає похідна d/dc.
Ця похідна визначає знак Гіббсовської адсорбції та поведінку речовини при адсорбції. Її граничне значення при концентрації рівній нулю називають поверхневою активністюі позначають:
( 4.0)
Рис. 35. Залежність поверхневого натягу від концентрації поверхнево активної(1) та інактивної(2) речовин.
Значення поверхневої активності можна визначити за графіком залежності поверхневого натягу від концентрації, за дотичною в точці с=0; g=-tg.
Речовини, з ростом концентрації яких поверхневий натяг зменшується, називають поверхнево активними речовинами (ПАР).
Для таких речовин адсорбція за Гіббсом Г>0; g>0, ∂/∂с <0
ПАР зменшують поверхневий натяг і, відповідно, поверхневу енергію. Концентрація ПАР на поверхні завжди набагато більше ніж в об’ємі. Наприклад для розчинів спиртів, амінів та мил у воді.
Речовини, які збільшують поверхневий натяг, називають поверхнево - інактивними речовинами, для них:
Г<0; g<0, ∂/∂с >0
Їх концентрація в об’ємі є більша ніж на поверхні. Наприклад для розчинів кислот, лугів та солей у воді.
Особливість адсорбції ПАР полягає в їх великій концентрації на поверхні порівняно з об’ємом розчину, тому для ПАР можна прирівняти рівняння ізотерми адсорбції Гіббса і Ленгмюра.
( 4.0)
( 4.0)
( 4.0)
Після інтегрування одержуємо рівняння Шишковського.
o - A∞RTln(1+Kс) ( 4.0)
Це рівняння справедливо лише для ПАР. При малих значеннях концентрації поверхневий натяг спадає різко, але з ростом концентрації ПАР він змінюється все повільніше.
Більшість ПАР це органічні речовини, що складаються з неполярного вуглеводневого ланцюга та полярної функціональної групи. Довжина ланцюга сильно впливає на поверхневу активність речовин. Вплив довжини ланцюга на поверхневу активність визначає правило Дюкло - Траубе: збільшення довжини вуглеводневого ланцюга на одну СН2групу збільшує поверхневу активність речовини в 3,2 рази.
Це правило діє тільки для водних розчинів ПАР при температурах близьких до кімнатної.
Контрольні питання.
Що називають адсорбцією та як кількісно її характеризують? Дайте визначення понять “адсорбент”, “адсорбат”.
Яке співвідношення між адсорбцією „А” та адсорбцією за Гіббсом „Г”? У яких випадках можна прийняти, що „А” дорівнює „Г”?
Назвіть і охарактеризуйте види взаємодій між адсорбентом і адсорбатом, які характерні для фізичної адсорбції.
Запишіть рівняння повної потенційної енергії взаємодії двох атомів і атома з поверхнею адсорбенту. В чому полягає принципова відмінність між ними?
Які сили беруть участь в акті адсорбції:
а) полярної молекули на полярному адсорбенті;
б) полярної молекули на неполярному адсорбенті;
в) неполярної молекули на полярному адсорбенті;
г) неполярної молекули на неполярному адсорбенті.
Запишіть фундаментальне адсорбційне рівняння Гіббса в загальному вигляді та для розведених розчинів.
Що називається поверхневою активністю, в яких одиницях вона вимірюється?
Покажіть, як за відомою залежністю поверхневого натягу розчину від концентрації можна побудувати ізотерму адсорбції.
Дайте визначення інтегральної та диференційної теплот адсорбції. В чому полягає відмінність між ними?
Запишіть кінетичне рівняння адсорбції. Як впливає температура на швидкість адсорбції?
За яких умов виконується закон адсорбції Генрі? Який фізичний зміст має константа Генрі?
Напишіть рівняння і побудуйте графік ізотерми адсорбції Ленгмюра. За яких умов можна використовувати це рівняння? Як залежить гранична адсорбція від температури?
Поясніть фізичний зміст констант в рівнянні Ленгмюра; як можна визначити ці константи?
Які особливості адсорбції із суміші газів?
Напишіть емпіричне рівняння адсорбції Фрейндліха та вкажіть область його застосування. Покажіть як можна визначити константи цього рівняння.
Запишіть рівняння теорії БЕТ. Перерахуйте постулати теорії. Поясніть фізичний зміст констант. За яких умов виконується рівняння теорії БЕТ?
Накресліть ізотерму полімолекулярної адсорбції, порівняйте її з ізотермою адсорбції Ленгмюра.
Зобразіть на графіку вплив параметру С на вигляд ізотерми адсорбції БЕТ.
Як можна визначити константи рівняння ізотерми адсорбції БЕТ?
Як за рівнянням ізотерми адсорбції можна визначити питому поверхню адсорбенту?
Які вихідні положення теорії капілярної конденсації? Адсорбцію на яких за структурою адсорбентах вона описує?
Опишіть процес адсорбції на різних за формою порах.
Зобразіть ізотерму адсорбції на перехідно-пористих тілах. Що називається капілярно-конденсаційним гістерезисом, за рахунок чого виникає це явище?
Як за ізотермою адсорбції на перехідно-пористих тілах будують криві розподілу об’єму пор по радіусах. Яку інформацію дає цей розподіл?
Яка теорія описує адсорбцію на мікропористих тілах, які її вихідні положення та особливості?
Що розуміють під “адсорбційним потенціалом” та “характеристичною кривою” в теорії Поляні?
Які припущення дозволили Дубініну розширити можливості застосування теорії Поляні?
Покажіть, як за даними адсорбції на мікропористих тілах можна визначити загальний об’єм їх пор.
Запишіть рівняння Дубиніна-Радушкевича. За якими вихідними даними можна розрахувати для певної пари адсорбент - адсорбат ізотерми адсорбції при будь якій температурі? Як перенести ці залежності на інший за природою адсорбат?
В чому різниця між адсорбцією на твердій поверхні компонентів із рідких розчинів та адсорбцією індивідуальних газоподібних речовин?
Зобразіть схему орієнтації молекул аліфатичних спиртів при адсорбції їх із водних розчинів на активованому вугіллі. Сформулюйте відповідне правило.
Як впливає природа іону на його адсорбційну здатність Сформулюйте правило Паннета - Фаянса.
Що називають ліотропним рядом Наведіть приклади ліотропних рядів одновалентних катіонів та аніонів. Як змінюється радіус гідратованого іона в ліотропному ряді Чому з ростом радіуса іона зростає адсорбційна здатність
Розташуйте іони: а) K+ Na+ Rb+ Li+
б) Ca+2 K+ Na+ Th+4
в) Cl- I- PO4-3 SO4 –2
г) Cl- F- Br- I-
в ряд за здатністю адсорбуватися на індиферентній твердій поверхні.
На якій підставі адсорбцію деяких іонів із розчину вважають хемосорбцією?
Розташуйте іони: а) Ca+2 Вa+ Ag+ Al+3 K+
б) Cl- PO4-3 I- SO4 –2 NO3 –
в ряд за здатністю адсорбуватися на твердій поверхні AgІ.
В яких випадках може відбуватися іонний обмін? Яким рівнянням він описується?
Які речовини називають іонітами? Які області їх застосування? Наведіть приклади синтетичних аніонітів та катіонітів.
Які процеси лежать в основі пом’якшення та демінералізації води з допомогою іонообмінних смол? Чому природні ґрунти здатні до іонного обміну?
Які речовини називаються поверхнево-активними речовинами (ПАР)? Яку будову мають їх молекули? Наведіть приклади ПАР. Який вигляд має крива залежності поверхневого натягу розчин від концентрації ПАР?
Яким рівнянням можна описати залежність поверхневого натягу розчину ПАР від її концентрації? Які обмеження в його застосуванні?
Що є мірою здатності речовини адсорбуватись на поверхні розділу рідина - газ? Сформулюйте правило Траубе-Дюкло.
Як визначити площу, що займає одна молекула поверхнево-активної речовини в насиченому моношарі?