Химический факультет башгосуниверситета программа коллоквиумов по коллоидной химии для студентов 4 курса

Тема 1. Введение

Предмет коллоидной химии. Основные разделы и направления коллоидной химии, объекты и цели изучения. Количественные характеристики дисперсности: дисперсность, радиус кривизны, удельная поверхность. Особенности ультрадисперсного (коллоидного) состояния вещества. Универсальность дисперсного состояния вещества. Определяющая роль поверхностных явлений в коллоидной химии.

Классификация дисперсных систем: по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по размерам частиц, по концентрации. Понятие о лиофильных и лиофобных дисперсных системах.

Взаимосвязь коллоидной химии с другими химическими дисциплинами, с физикой, биологией, геологией, почвоведением, медициной. Значение коллоидной химии в охране природной среды.

Часть 1. Поверхностные явления в дисперсных системах

Тема 2. Термодинамика поверхностных явлений.

Свободная поверхностная энергия. Поверхностные силы. Поверхностное натяжение. Способы описания термодинамики поверхностных явлений. Метод избыточных термодинамических функций поверхностного слоя (по Гиббсу). Поверхность разрыва и разделяющая поверхность. Уравнение Гиббса-Гельмгольца для плоской поверхности раздела фаз. Температурная зависимость поверхностного натяжения жидкости; критическая температура (по Менделееву).

Работа когезии. Связь поверхностной энергии с взаимодействиями между молекулами (атомами, ионами) в конденсированной фазе: с теплотой сублимации, модулем упругости, теоретической прочность)о. Свободная поверхностная энергия твердых тел. Дисперсионные и недисперсионные взаимодействия в полярных и неполярных фазах. Константа Гамакера.

Поверхность раздела между конденсированными фазами. Правило Антонова; условия его применения. Работа адгезии, ее связь с характеристиками межмолекулярного взаимодействия. Сложная константа Гамакера.

Тема 3. Капиллярные явления. Основы теории капиллярности.

Капиллярное давление. Закон Лапласа: общая форма, частные случаи. Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости. Закон Томсона (Кельвина). Капиллярная конденсация. Влияние дисперсности на растворимость твердых частиц (закон Гиббса-Отствальда-Фрейндлиха). Процессы изотермической перегонки в дисперсных системах.

Смачивание. Краевой угол смачивания, закон Юнга, термодинамические условия смачивания и растекания. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена, капиллярная постоянная жидкости. Избирательное смачивание. Гидрофильность и гидрофобность поверхности твердых тел. Влияние шероховатости твердой поверхности на смачивание.

Основные методы измерения поверхностного натяжения жидкостей и поверхностной энергии твердых тел.

Тема 4. Адсорбция поверхностно-активных веществ (пав)

Термодинамика адсорбции. Уравнение Гиббса.

Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Уравнение Шишковского. Влияние строения молекул ПАВ на поверхностную активность. Правило Трауде-Дюкло

Работа адсорбции. Уравнение Ленгмюра для мономолекулярной адсорбции. Динамический характер адсорбционного равновесия на поверхности раздела раствор ПАВ-газ. Сопоставление уравнений Гиббса и Ленгмюра. Строение адсорбционных монослоев растворимых ПАВ. Расчет размеров молекул ПАВ.

Двухмерное состояние вещества: ориентация молекул, уравнение состояния. Поверхностное (двухмерное) давление. Весы Ленгмюра. Изотермы двухмерного давления. Основные типы пленок: газообразные, жидкорастянутые, жидкие. Твердые. Условия перехода пленки из одного состояния к другому.

Адсорбция ПАВ на поверхности раздела несмешивающихся жидкостей. Адсорбция ПАВ из растворов на поверхности твердых тел Правило уравнения полярностей Ребиндера. Модифицирующее действие ПАВ: гидрофилизация и гидрофобизация твердой поверхности.

Классификация органических ПАВ по молекулярному строению (анион- и катионактивные, неионогенные, амфолитные). Высоко-молекулярные ПАВ (примеры, отличия от низкомолекулярных ПАВ). Проблема биоразлагаемости ПАВ. Понятие о гидрофильно-лиофильном балансе (ГЛБ) молекул ПАВ.

Классификация ПАВ по механизму их действия (смачиватели, диспергаторы, моющие вещества).

Адсорбция электролитов. Пути образования двойного электрического слоя (ДЭС). Ионообменная адсорбция. Уравнение Никольского. Влияние природы электролита на адсорбцию. Практическое значение ионообменной адсорбции,