Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми

1. Молекулярно-кінетичні властивості колоїдно-дисперсних систем: броунівський рух, дифузія. Осмотичний тиск колоїдних розчинів.

2. Розсіювання і поглинання світла. Явище світлорозсіювання в колоїдних розчинах. Опалесценція. Ефект Тіндаля.

3. Рівняння Релея. Залежність інтенсивності світлорозсіювання від розміру частинок дисперсної фази, показника заломлення, концентрації золю та довжини хвилі падаючого світла.

4. Застосування явища світлорозсіювання для дослідження колоїдних систем (визначення концентрації, дисперсності частинок, міцелярної маси поверхнево-активних речовин, коагуляції та ін.).

5. Оптичні прилади для дослідження дисперсних систем та їх будова.

Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання

1. Чим зумовлене явище броунівського руху?

2. Запишіть рівняння Ейнштейна-Смолуховського. Яке практичне використання знаходить дане рівняння?

3. У чому суть ефекту Тіндаля?

4. Який фізичний зміст коефіцієнту дифузії? Яка його розмірність?

5. У яких випадках відбувається розсіювання, а в яких поглинання світла?

6. У чому полягає суть явища світлорозсіювання та опалесценції в дисперсних системах?

7. Які параметри впливають на інтенсивність світлорозсіювання, згідно з законом Релея?

Ііі. Розв’язати задачі

1. Знайти середнє зміщення частинок диму амоній хлориду з радіусом 10^-6 м при 273 К за 5 с. В'язкість повітря вважати такою, що дорівнює 1,7∙10^-5 Па∙с. Чи зміниться зміщення, якщо радіус частинок диму зменшиться до 10^-7 м.

2. Обчислити коефіцієнт дифузії золю сульфіду миш'яку радіусом частинок 20∙10^-9 м, якщо в'язкість середовища становить 10^-3 Па∙с, а температура 288 К.

3. Визначити швидкість осідання частинок аерозолю NH₄Cl, радіус яких становить 5∙10^-7м, якщо в’язкість повітря 1,76∙10^-5Па∙с густина NH₄Cl дорівнює 1,5∙10³кг/м³. Густиною повітря знехтувати.

4. Використовуючи рівняння Релея, порівняти інтенсивності світлорозсіювання двох емульсій з однаковими радіусами частинок і концентраціями: бензолу воді (показник заломлення дорівнює 1,50) ін-пентан у воді (показник заломлення 1,36). Показник заломлення води становить 1,33.

Самостійна робота на занятті

1. Виконання тестових завдань (перевірка домашньої самопідготовки).

2. Виконання лабораторної роботи.

3. Обговорення висновків та оформлення протоколу (залік лабораторної роботи).

Лабораторна робота Визначення розмірів частинок дисперсної фази методом турбідиметрії

Інформаційна частина

При проходженні світлового потоку через дисперсні системи частина світла розсіюється, а частина його може поглинатися. При цьому інтенсивність падаючого світла можна представити у вигляді трьох складових:

І_о = І + І_р + І_п , (2.1)

де І_о– інтенсивність падаючого світла;І– інтенсивність пропущеного світла;І_р -інтенсивність розсіяного світла;І_п – інтенсивність поглинутого світла.

У випадку незабарвлених дисперсних систем, які в заданому діапазоні довжин хвиль не поглинають світла (І_п=0), інтенсивність падаючого світла можна представити у вигляді двох складових –ІтаІ_р, які характеризують каламутність колоїдного розчину. Якщо дисперсну систему досліджують заінтенсивністю розсіяного світла, такий метод називаютьнефелометричним. Метод дослідження дисперсної системиза інтенсивністю пропущеного світланазиваютьтурбідиметричним.

У відповідності із законом Релея,інтенсивність розсіяного світла визначається наступною формулою:

(2.2)

де – концентрація дисперсної фази, виражена кількістю частинок в одиниці об’єму; V – об’єм частинки;– довжина хвилі падаючого світла; К – постійна. ДобутокV в рівнянні (2.2) є загальним об’ємом дисперсної фази в одиниці об’єму розчину. Масова концентрація дисперсної фази дорівнює відповідно: с = dV, де d – густина дисперсної фази. Звідси:V = с/d. Підставивши це значення в рівняння (2.2), одержимо:

(2.3)

Прийнявши наближення, що частинки дисперсної фази мають сферичну форму (V = 4/3r³), можна записати:

(2.4)

де r– радіус частинки.

З рівняння (2.4) можна одержати наступну формулу для розрахунку радіусу частинки (2.5):

(2.5)

Величина К, яка входить в рівняння (2.2–2.5) залежить від показників заломлення світла дисперсною фазою (n₁), дисперсійним середовищем (n₂) та кута () під яким, по відношенню до падаючого променя, вимірюється інтенсивність розсіяного світла:

(2.6)

Якщо вимірюється максимальне світлорозсіювання (під прямим кутом до падаючого променя), то формула (2.6) спрощується за рахунок перетворення в одиницю величини sin, так як sin 90= 1.

Співвідношення І_р/I_o, яке входить у формулу для розрахунку радіусу частинок дисперсної фази, називають каламутністю (Т): Т =І_р/I_o. Враховуючи, щоІ_р = І_о – І(для систем, що не поглинають світла в заданому діапазоні довжин хвиль), наведену каламутність розчину можна представити наступним чином:

Т = (1 – П)/a= (1 – 10^-D)/a, (2.7)

де П = І/I_o– пропускання, в частках; D = lgI_o/I– оптична густина;а – довжина шляху світлового променя в колоїдному розчині (товщина кювети).