1. Классификация дисперсныхх систем: по степени дисперсности, по агрегатному состоянию фаз, по силе межмолекулярного воздействия между дисперсной фазой и дисперсной средой. Природа колоидного состояния.
Дисперсной называют систему, состоящую из десперсной фазы – совокупности раздробленых частиц и непрерывной дисперсной среды, в которой во взвешеном состоянии находятся эти частицы.
По степени дисперсности : грубодисперсные и колоидно-дисперсные.
По агрегатому состоянию фаз : Аэрозоль, Лиозоль, Солидозоль, Суспензии, Эмульсии, Пены, Эмали, Сплавы.
Аэрозоли – это дисперсные системы с газообразной дисперсной средой.
Пены – это дисперсия газа и жидкости.
Лизоли ( коллоидные растворы, золи ) – предельно-высокодисперсные, где дисперсной средой является жидкость.
Суспензии – это микрогетерогенные системы с жидкой дисперсной средой и диспесной фазой,состоящей из твердых частиц.
Эмульсии – это микрогетерогенные системы, у которых дисперсная фаза и среда представляют собой несмешивающиеся жидкости.
Раздробленое состояние веществ с размером частиц от 400-300 нм до 1 нм – колоидное состояние.
2. Молекулярно-химические св-ва колоидно-дисперсных систем. Оптические св-ва: рассеивание света. Электрокинетические св-ва: электрофорез и электроосмос.
Молекулярно-кинетическими называют св-ва, обусловленные хаотическим тепловым движением частиц.
Оптические свойства дисперсных систем
При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления:
прохождение света частицами дисперсной фазы (наблюдается для прозрачных систем, в которых частицы много меньше длины волны падающего света (r << λ);
преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны);
отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны);
преломление и отражение света наблюдается для систем, в которых частицы много больше длины волны падающего света (r >> λ). Визуально это явление выражается в мутности этих систем;
рассеяние света наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с длиной волны падающего света (r ≈ 0,1 λ);
адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую.
Уравнение Рэлея:
где I, I0 – интенсивность рассеянного и падающего света; V – объем одной частицы; ν – частичная концентрация (число частиц в единице объема); λ – длина волны; n1, n0 – показатели преломления частиц и среды соответственно.
Явление различной окраски коллоидного раствора в проходящем и рассеянном (отраженном) свете называется опалесценцией. В случае окрашенных растворов происходит наложение собственной окраски и окраски, вызванной опалесценцией (явление дихроизма света).
7.3. Молекулярно-кинетические свойства
Для коллоидных систем характерно броуновское движение – непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды.
Диффузия – самопроизвольно протекающий процесс выравнивания концентрации частиц.
Закон Фика:
Вследствие большого размера коллоидных частиц диффузия в коллоидных системах замедленна по сравнению с истинными растворами.
Осмотическое давление:
где mобщ – масса растворенного вещества; m – масса одной частицы; V – объем системы; NA – число Авогадро; Т – абсолютная температура; ν – частичная концентрация; k – постоянная Больцмана.
Для сферических частиц:
где νm – масса дисперсной фазы в единице объема раствора; ρ – плотность дисперсионной среды; r – радиус частиц.
Перемещение дисперсной фазы или дисперсной среды под действием внешнего электрического поля или возникновение разности потенциалов при перемещении дисперсной и дисперсионной среды друг относительно друга называют электрокинетическим явлениеми.
Электрофорез – это перемещение частиц дисперсной фазы неподвижной дисперсной среды под действием внешнего электрического поля.
Электроосмос – перемещение дисперсной среды относительно неподвижной дисперсной фазы под действием внешнего электрического поля.
3. Строение двойного электрического слоя. Электрокинетический потенциал и его зависимость от различных факторов.
Двойной электрический слой (межфазный) (ДЭС) — слой ионов, образующийся на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентировании полярных молекул на границе фаз. Ионы, непосредственно связанные с поверхностью называются потенциалопределяющими. Заряд этого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами.
В отсутствии теплового движения частиц, строение двойного электрического слоя подобно строению плоского конденсатора. Но в отличие от идеального случая, ДЭС в реальных условиях имеет диффузное (размытое) строение. Согласно современной теории структуру ДЭС составляют два слоя:
Слой Гельмгольца или адсорбционный слой, примыкающий непосредственно к межфазной поверхности. Этот слой имеет толщину δ, равную радиусу потенциалопределяющих ионов в несольватированном состоянии.
Диффузный слой или слой Гуи, в котором находятся противоионы. Диффузный слой имеет толщину λ, которая зависит от свойств системы и может достигать больших значений. Толщина диффузного слоя рассчитывается по формуле:
Электрической характеристикой ДЭС является потенциал φ. Существует несколько характеристических потенциалов:
Потенциал диффузного слоя φδ, соответствующий границе адсорбционного и диффузного слоёв. Внутри диффузного слоя потенциал можно рассчитать по уравнению Гуи-Чепмена:
Потенциал φx=λ, меньший, чем φδ в e раз и характеризующий толщину диффузного слоя.
Электрокинетический потенциал или дзета-потенциал. Этот потенциал соответствует плоскости скольжения и является частью потенциала диффузного слоя. Плоскость скольжения образуется в результате того, что при движении дисперсных частиц наиболее удаленная часть диффузного слоя не участвует в движении, а остается неподвижной. Поэтому появляется нескомпенсированность поверхностного заряда частицы и становятся возможными электрокинетические явления. Дзета-потенциал является одной из важнейших характеристик двойного электрического слоя.