Экзамен / Оглавление

1. Экзаменационный билет № 1 1
1.1. Предмет коллоидной химии. Признаки объектов коллоидной химии. Поверхностная энергия и поверхностные явления. Количественные характеристики дисперсности. Классификация дисперсных систем. Коллоидная химия и химическая технология. 1
1.2. Общие представления о теориях строения ДЭС. Уравнение Пуассона-Больцмана для диффузной части ДЭС и его решение для случая слабозаряженных поверхностей. Уравнение Гуи-Чепмена. 2
1.3. Рассчитайте удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции азота, используя уравнение БЭТ. Площадь, занимаемая молекулой азота в плотном монослое, составляет 16•10-20 м2. 4
2. Экзаменационный билет № 2 5
2.1. Поверхностное натяжение: термодинамическое определение, физический смысл, влияние природы взаимодействующих фаз. Вывод уравнения для полной (внутренней) энергии поверхностного слоя (уравнение Гиббса- Гельмгольца). Зависимость термодинамических параметров поверхности от температуры. 5
2.2. Механизмы образования ДЭС. Соотношение между электрическим потенциалом и поверхностным натяжением (уравнение Липпмана). Электрокапиллярные кривые и определение параметров ДЭС. 6
2.3. В таблице приведены данные по адсорбции паров воды макропористым адсорбентом при комнатой температуре. Пользуясь уравнением Ленгмюра определите емкость адсорбционного монослоя: 7
3. Экзаменационный билет № 3 9
3.1. Метод избытков Гиббса. Вывод фундаментального адсорбционного уравнения Гиббса. Гиббсовская адсорбция. Частное выражение уравнения Гиббса. Поверхностная активность, поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. 9
3.2. Современная теория строения ДЭС (теория Штерна); роль специфической адсорбции, перезарядка поверхности. Примеры образования ДЭС. Строение мицеллы. 10
3.3. Рассчитайте время половинной коагуляции аэрозоля с дисперсностью частиц 2,5•108 м-1 и концентрацией 1,5•10-3 кг/м3, если константа быстрой коагуляции Смолуховского равна 3•10-19 м3/с. Плотность частиц аэрозоля примите равной 2200 кг/м3. 12
4. Экзаменационный билет № 4 14
4.1. Адгезия и смачивание, определения. Уравнение Дюпре для работы адгезии. Угол смачивания и уравнение Юнга. Уравнение Дюпре-Юнга для работы адгезии. Влияние ПАВ на адгезию и смачивание. 14
4.2. Электрокинетические явления. Электростатический потенциал. Вывод уравнения Смолуховского для электроосмоса (или электрофореза). Эффекты, не учитываемые уравнением Смолуховского (поверхностная проводимость, элсктрофоретическое торможение, релаксационный эффект). 15
4.3. По результатам измерения адсорбции на активированном угле рассчитайте удельную поверхность адсорбента (величина адсорбции указана в расчете на азот при нормальных условиях): 16
5. Экзаменационный билет № 5 18
5.1. Правило фаз Гиббса и дисперсность. Влияние кривизны поверхности (дисперсности) на внутреннее давление тел (вывод и анализ уравнения Лапласа). Капиллярные явления (уравнение Жюрена). 18
5.2. Вывод уравнения для скорости осаждения частиц в гравитационном поле. Условия соблюдения закона Стокса. Седиментационный анализ, расчет и назначение кривых распределения частиц по размерам. 19
5.3. Используя уравнение Эйнштейна, рассчитайте вязкость золя AgCl, имеющего концентрацию 10% массовых и содержащего сферические частицы. Плотность AgCl: 5,56•103 кг\м3; вязкость и плотность дисперсионной среды составляют 1•10-3 Па•с и 1000 кг/м3 соответственно. 21
6. Экзаменационный билет № 6 23
6.1. Влияние дисперсности на термодинамическую реакционную способность. Вывод уравнения капиллярной конденсации Кельвина. Влияние дисперсности на растворимость, константу равновесия химической реакции и температуру фазового перехода. 23
6.2. Природа броуновского движения. Понятие и определение среднеквадратичного сдвига по выбранному направлению. Взаимосвязь между среднеквадратичным сдвигом и коэффициентом диффузии (ввод уравнения Эйнштейна-Смолуховского). 24
6.3. Для отрицательно заряженного гидрозоля Al2S3, порог коагуляции при добавленном КСl равен 49 ммоль/л. Используя закон Дерягина, рассчитайте пороги коагуляции для таких электролитов как Na2SO4, MgCl2 и AlCl3. 25
7. Экзаменационный билет № 7 27
7.1. Методы получения дисперсных систем: диспергирование и конденсация. Уравнение Ребиндера для работы диспергирования. Адсорбционное понижение прочности (эффект Ребиндера). Конденсация физическая и химическая. Энергия Гиббса образования зародыша новой фазы при гомогенной конденсации; роль пересыщения. 27
7.2. Седиментационно-диффузионное равновесие (гипсометрический закон). Вывод уравнения. Мера седиментационной устойчивости. Факторы, влияющие на седиментационную устойчивость дисперсных систем. 28
7.3. Электрофорез дисперсии бентонитовой глины происходит при следующих условиях: расстояние между электродами 25 см, напряжение 100 В, за 15 минут частицы переместились на 11 мм к аноду. Рассчитайте ?-потенциал, учитывая, что ? = 78,2, а ? = 9,9•10-4 Па•с. 29
8. Экзаменационный билет № 8 31
8.1. Классификация механизмов адсорбции. Природа адсорбционных сил и их особенности при физической адсорбции. Вывод уравнения для энергии дисперсионного взаимодействия атома адсорбата с адсорбентом. Изотерма, изостера, изопикна адсорбции. 31
8.2. Два вида устойчивости дисперсных систем. Лиофильные и лиофобные системы. Критерий лиофильности и лиофобности по Ребиндеру-Щукину. Термодинамические и кинетические факторы устойчивости дисперсных систем. 32
8.3. Используя гипсометрический закон, рассчитайте для золя Al2O3 высоту, на которой концентрация частиц уменьшится в е раз. Принять, что форма частиц сферическая, удельная поверхность дисперсной фазы 3•103 м-1, плотность Al2O3 4000 кг/м3, плотность дисперсионной среды 1000 кг/м3, температура 20 ?С. 33
9. Экзаменационный билет № 9 34
9.1. Мономолекулярная адсорбция, форма изотермы адсорбции. Уравнение Генри. Основные положения теории Ленгмюра. 34
9.2. Лиофильные дисперсные системы. Классификация и общая характеристика ПАВ. Термодинамика и механизм мицеллообразования. Строение мицелл ПАВ в водных и углеводородных средах. Солюбилизация. 34
9.3. Определите поверхностную и полную (внутреннюю) энергию 4 г водяного тумана, имеющего частицы с дисперсностью 5•107 м-1, t = 20?C, ? = 72 мДж/м2; d?/dT = 0,16 мДж/(м2•К); ? = 1000 кг/м3. 37
10. Экзаменационный билет № 10 38
10.1. Теopия полимолекулярной адсорбции БЭТ: исходные положения, вывод уравнения изотермы и его анализ. Линейная форма уравнения БЭТ. Определение удельной поверхности адсорбентов, катализаторов и других пористых тел. 38
10.2. Лиофильные дисперсные системы. Истинно растворимые и коллоидные ПАВ, их классификация. Мицеллообразование, строение мицелл, методы определения ККМ. Факторы, влияющие на ККМ. 39
10.3. Определите диаметр капилляра, если хлороформ поднялся в нем на выосту 12,3 см. ? = 27 мДж/м2; ?? = 1490 кг/м3, ? = 0 ?C. 41
11. Экзаменационный билет № 11 43
11.1. Количественные характеристики пористых материалов: пористость, удельная поверхность, размер пор. Пористые тела корпускулярной, кристаллической и губчатой структуры, методы их получения. Классификации пор по Дубинину и теория адсорбции. 43
11.2. Лиофобные дисперсные системы. Факторы агрегативной устойчивости лиофобных систем. Быстрая и медленная коагуляция. Кинетика коагуляции по Смолуховскому (вывод уравнения). Определение константы скорости и времени половинной коагуляции. Зависимость числа частиц разного порядка от времени. 44
11.3. Гидрозоль AgI получен добавлением 8 мл КI с концентрацией 0,05 моль/л к 10 мл раствора AgNO3 с концентрацией 0,02 моль/л. Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя и объясните строение ДЭС. 46
12. Экзаменационный билет № 12 47
12.1. Адсорбция на пористых адсорбентах. Теория капиллярной конденсации. Капиллярно-конденсационный гистерезис. Расчет и назначение интегральной и дифференциальной кривых распределения объема пор по размерам. 47
12.2. Природа сил притяжения и отталкивания между частицами в дисперсных системах. Уравнение для энергии притяжения между частицами. Константа Гамакера и ее физческий смысл. Анализ зависимости суммарной энергии взаимодействия частиц от расстояния между ними. 48
12.3. Рассчитайте поверхностное натяжение воды, если известно, тго в капилляре диаметром 1 мм она поднимается на высоту 2,95 см. ?? = 998 кг/м3, ? = 0 ?С. 49
13. Экзаменационный билет № 13 50
13.1. Потенциальная теория адсорбции Поляни. Адсорбционный потенциал. Характеристическая кривая адсорбции. Температурная инвариантность и афинность характеристических кривых. 50
13.2. Теория ДЛФО. Расклинивающее давление и его составляющие. Уравнение для энергии электростатического отталкивания при взаимодействии слабозаряженных поверхностей. Потенциальные кривые взаимодействия частиц для агрегативно устойчивых и неустойчивых дисперсных систем. 51
13.3. Растворенное в воде ПАВ адсорбируется на поверхности раздела вода-ртуть и соответствии с уравнением Ленгмюра. При этом, при концентрация ПАВ 0,2 моль/л, степень заполнения поверхности равна 0,5. Рассчитайте значение межфазного поверхностного натяжения на границе ртуть-раствор при 25 ?С и СПАВ = 0,1 моль/л, учитывая, что в отсутствие ПАВ поверхностное натяжение составляет 0,375 Дж/м2, а площадь, занимаемая молекулой ПАВ в монослое равна 20•10-20 м2. 53
14. Экзаменационный билет № 14 54
14.1. Особенности адсорбции на микропористых адсорбентах. Обобщенное уравнение теории Дубинина (теория объемного заполнения микропор), частные случаи этого уравнения (уравнение Дубинина-Радушкевича). Расчет общего объема микропор по изотерме адсорбции. 54
14.2. Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем. Электролитная коагуляция (концентрационная и нейтрализационная коагуляция). Правило Шульце-Гарди и закон Дерягина. Способы стабилизации лиофобных дисперсных систем. 55
14.3. Определите удельную поверхность (м2/г) порошка сульфата бария, если известно, что его частицы сферической формы оседают в водной среде с высоты 22,6 см за 1350 секунд. Плотность сульфата бария равна 4,5 г/см3, плотность и вязкость воды составляют 1 г/см3 и 10-3 Па•с, соотвстственно. 56
15. Экзаменационный билет № 15 58
15.1. Особенности адсорбции ПАВ на границе раздела раствор-воздух. Зависимость поверхностного натяжения от состава раствора при соблюдении закона Генри. Поверхностное натяжение адсорбционной пленки. Уравнение состояния двумерного газа на поверхности жидкости; различные агрегатные состояния адсорбционных пленок. Весы Ленгмюра и определение размеров молекул ПАВ. 58
15.2. Структурообразованне по теории ДЛФО. Коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизацнонные структуры. Переход одних структур в другие. Классификация дисперсных систем по реологическим свойствам. 60
15.3. Рассчитайте концентрацию частиц гидрозоля золота через 300 с от начала быстрой коагуляции, если начальная концентрация составляла 2•1015 частиц/м3; вязкость дисперсионной среды 10-3 Па•с при 25 ?С. 61
16. Экзаменационный билет № 16 63
16.1. Поверхностное натяжение: термодинамическое определение, физический смысл, влияние природы взаимодействующих фаз. Вывод уравнения для полной (внутренней) энергии поверхностного слоя (уравнение Гиббса- Гельмгольца). Зависимость термодинамических параметров поверхности от температуры. 63
16.2. Реологический метод исследования структур в дисперсных системах. Реологические модели идеальных тел (модели Гука, Сен-Венана-Кулона). Кривые течения реальных жидкостей и твердообразных структуртрованных систем. 64
16.3. Используя уравнение Гуи-Чепмена, рассчитайте значение потенциала на расстоянии 10 и 30 нм от поверхности (пренебрегая толщиной слоя Гельмгольца). Дисперсионная среда водный раствор ZnCl2 с концентрацией 10-4 моль/л (индифферентный электролит), t = 20 ?С, ? = 80,1; потенциал диффузного слоя 45 мВ. 65
17. Экзаменационный билет № 17 67
17.1. Метод избытков Гиббса. Вывод фундаментального адсорбционного уравнения Гиббса. Гиббсовская адсорбция. Частное выражение уравнения Гиббса. Поверхностная активность, поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. 67
17.2. Ньютоновские жидкости, уравнения Ньютона и Пуазейля. Методы измерения вязкости. Уравнение Эйнштейна для вязкости дисперсных систем, границы применения. 68
17.3. Рассчитайте ?-потенциал по данным электроосмоса через корундовую (Аl2О3) мембрану: при силе тока 0,015 A за 60 секунд перенесено 1,2 мл раствора, удельная электропроводимость которого ?V = 0,012 Ом-1•м-1, поверхностная проводимость ?S = 0,005 Ом-1•м-1, ? = 10-3 Па•с, ? = 81, ?0 = 8,85•10-12 Ф/м. 70
18. Экзаменационный билет № 18 71
18.1. Адгезия, смачивание и растекание жидкостей как поверхностные явления, общность и различие этих явлений. Условия растекания, коэффициент растекания по Гаркинсу. Влияние ПАВ на смачивание и растекание. 71
18.2. Седиментационный анализ. Кривые распределения частиц по размерам, их расчет и назначение, седиментация в центробежном поле. 71
18.3. Рассчитайте толщину диффузной части ДЭС частиц гидрозоля AgI при 25 ?С. Дисперсионная среда золя (? = 77) содержит Ва(NО3)2 (М = 261) с концентрацией 50 г/м3. Во сколько раз изменится толщина диффузной части, если концентрацию Ba(NO3)2 повысить в 4 раза? 73
19. Экзаменационный билет № 19 74
19.1. Правило фаз Гиббса и дисперсность. Влияние кривизны поверхности (дисперсности) на внутреннее давление тел (вывод и анализ уравнения Лапласа). Капиллярные явления (уравнение Жюрена). 74
19.2. Природа броуновского движения. Понятие и определение среднеквадратичного сдвига по выбранному направлению. Взаимосвязь между среднеквадратичным сдвигом и коэффициентом диффузии (ввод уравнения Эйнштейна-Смолуховского). Следствия из теории броуновского движения. 75
19.3. Используя данные по адсорбции этана на поверхности однородной графитированной сажи при постоянной степени заполнения, рассчитайте изостерическую теплоту адсорбции: 77
20. Экзаменационный билет № 20 79
20.1. Влияние дисперсности на термодинамическую реакционную способность. Вывод уравнения капиллярной конденсации Кельвина. Влияние дисперсности на растворимость и константу равновесия химической реакции. 79
20.2. Седиментационно-диффузионное равновесие (гипсометрический закон). Вывод уравнения. Мера седиментационной устойчивости. Факторы, влияющие на седиментационную устойчивость дисперсных систем. 80
20.3. Рассчитайте разность уровней воды в двух сообщающихся капиллярах диаметрами 0,1 и 0,3 мм при 20 ?С. Поверхностное натяжение и плотность воды составляют соответственно 72,75 мДж/м2 и 0,998 г/см3. 81
21. Экзаменационный билет № 21 82
21.1. Мономолекулярная адсорбция, форма изотермы адсорбции, уравнение Генри. Основные положения теории Ленгмюра, вывод уравнения и его анализ, линейная форма уравнения Ленгмюра. 82
21.2. Строение двойного электрического слоя (ДЭС) по теории Штерна, перезарядка поверхности. Примеры образования ДЭС, строение мицеллы. 83
21.3. Рассчитайте избыточное давление внутри капель воды и равновесное давление пара при 20 ?С для аэрозоля с удельной поверхностью 108 м-1. Поверхностное натяжение воды 73 мДж/м2, плотность 1 г/см3, PS = 2306 Па. 85
22. Экзаменационный билет № 22 86
22.1. Теopия полимолекулярной адсорбции БЭТ: исходные положения, вывод уравнения изотермы и его анализ. Линейная форма уравнения БЭТ. Определение удельной поверхности адсорбентов, катализаторов и других пористых тел. 86
22.2. Лиофильные дисперсные системы. Классификация и общая характеристика ПАВ. Термодинамика и механизм мицеллообразования. Строение мицелл ПАВ в водных и углеводородных средах. Солюбилизация. 87
22.3. Рассчитайте численную концентрацию золя Al2O3, если известно, что его массовая концентрация равна 0,3 кг/м3. Коэффициент диффузии частиц 2•10-6 м2/сутки, плотность Al2O3 4 г/см3, вязкость среды 10-3 Па•с, температура 25?С. 89
23. Экзаменационный билет № 23 90
23.1. Адсорбция на пористых адсорбентах. Теория капиллярной конденсации. Капиллярно-конденсационный гистерезис. Расчет и назначение интегральной и дифференциальной кривых распределения объема пор по размерам. 90
23.2. Лиофобные дисперсные системы. Факторы агрегативной устойчивости лиофобных систем. Быстрая и медленная коагуляция. Кинетика коагуляции по Смолуховскому (вывод уравнения). Определение константы скорости и времени половинной коагуляции. Зависимость числа частиц разного порядка от времени. 91
23.3. Рассчитайте работу адгезии и коэффициент растекания для системы вода-графит, если известно, что краевой угол равен 90 ?, а поверхностное наятжение воды 72 мДж/м2. 93
24. Экзаменационный билет № 24 95
24.1. Количественные характеристики пористых материалов: пористость, удельная поверхность, размер пор. Пористые тела корпускулярной, кристаллической и губчатой структуры, методы их получения. Классификации пор по Дубинину и теория адсорбции. 95
24.2. Лиофильные дисперсные системы. Истинно растворимые и коллоидные ПАВ, их классификация. Мицеллообразование, строение мицелл, методы определения ККМ. Факторы, влияющие на ККМ. 96
24.3. Найдите графически время половинной коагуляции и начальную концентрацию частиц по изменению общей концентрации частиц лиофобной дисперсной системы: 98
25. Экзаменационный билет № 25 100
25.1. Потенциальная теория адсорбции Поляни. Десорбционный потенциал. Характеристическая кривая адсорбции. Температурная инвариантность и афинность характеристических кривых. 100
25.2. Природа сил притяжения и отталкивания между частицами в дисперсных системах. Уравнение для энергии притяжения между частицами. Константа Гамакера и ее физческий смысл. Анализ зависимости суммарной энергии взаимодействия частиц от расстояния между ними. 101
25.3. Рассчитайте межфазное натяжение в системе CaF2-вода, если известно, что растворимость частиц CaF2 диаметром 0,3 мкм превышает нормальную растворимость на 18% при 20?С. Плотность частиц CaF2 составляет 2500 кг/м3, а молярная масса – 78 г/моль. 102
26. Экзаменационный билет № 26 103
26.1. Особенности адсорбции на микропористых адсорбентах. Обобщенное уравнение теории Дубинина (теория объемного заполнения микропор), частные случаи этого уравнения (уравнение Дубинина-Радушкевича). Расчет общего объема микропор по изотерме адсорбции. 103
26.2. Теория ДЛФО. Расклинивающее давление и его составляющие. Уравнение для энергии электростатического отталкивания при взаимодействии слабозаряженных поверхностей. Потенциальные кривые взаимодействия частиц для агрегативно устойчивых и неустойчивых дисперсных систем. 104
26.3. Какую долю составляет давление паров воды в капиллярах радиусом 0,1 и 0,01 мкм от нормального давления насыщенного пара при 25 ?С? При расчетах примите, что краевой угол равен нулю; поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м2, плотность воды 998 кг/м3. 105
27. Экзаменационный билет № 27 107
27.1. Поверхностно-активные вещества. Влияние строения молекул ПАВ на поверхностную активность (правило Дюкло-Траубе). Вывод уравнения Шишковского. Поверхностное давление. Агрегатное состояние адсорбционных пленок. Весы Ленгмюра. 107
27.2. Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем. Электролитная коагуляция (концентрационная и нейтрализационная коагуляция). Правило Шульце-Гарди и закон Дерягина. Способы стабилизации лиофобных дисперсных систем. 108
27.3. Используя уравнение Дубинина-Радушкевича, рассчитайте объем микропор сажи на основе данных об адсорбции паров бензола (мольный объем бензола 88,8 см3/моль): 110