Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курс коллоидной химии МИТХТ.doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
30.04.2019
Размер:
5.15 Mб
Скачать

VIII. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем

8.1. Введение

Молекулярно-кинетическая теория изучает законы самопроизвольного движения молекул и частиц. Причинами самопроизвольного движения частиц являются тепловое движение молекул окружающей среды или действие сил тяжести. Тепловое движение на микроуровне проявляется в форме броуновского движения, а на макроуровне - в форме диффузии или осмоса. Сила тяжести или центробежная сила является движущей силой при седиментации частиц. Коллоидные частицы по размерам занимают промежуточное положение между грубодисперсными частицами и молекулами. Они доступны для наблюдения, и в то же время настолько малы, что участвуют в тепловом движении. Это следует из основного положения кинетической теории, заключающегося в том, что при отсутствии внешних сил все частицы, независимо от их размера, имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию, равную . Другими словами, с уменьшением массы частицы ее средняя скорость увеличивается.

Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем описываются теми же закономерностями, что и молекулярные растворы, но выражены слабее, т.к. численная концентрация коллоидных растворов ниже, чем молекулярных. На молекулярно-кинетических свойствах основаны некоторые методы определения массы частиц, в частности ультрацентрифугирование.

8.2. Броуновское движение

8.2.1. Природа броуновского движения

В 1827 году английский ботаник Броун обнаружил с помощью микроскопа движение мелких частиц - спор папоротника, взвешенных в воде. Более крупные частицы находились в колебательном движении. Колебания и перемещения частиц ускорялись с уменьшением размера частиц, повышением температуры и не были связаны с какими-либо внешними условиями. Оказалось, что причиной броуновского движения являются не внешние факторы, а внутренние, присущие самой системе. Объяснение броуновского движения было дано Гуи только через 60 лет после его открытия (1888 год), а строгая теория создана Эйнштейном (1905 год) и Смолуховским (1906 год) позднее. Правильность этой теории была доказана многочисленными экспериментами.

Природа броуновского движения состоит в том, что молекулы среды (жидкости или газа) сталкиваются с частицей дисперсной фазы,в результате чего она получает громадное число ударов с разных сторон. Если частица имеет большие размеры, то число этих ударов так велико, что вследствие статистического закона импульсы взаимно компенсируются, и результирующий импульс равен нулю. Такая частица будет неподвижной еще и потому, что она обладает большой инерционностью и мало чувствительна к ударам молекул с малой энергией. Если частица мала, то возрастает вероятность того, что число или интенсивность ударов молекул с одной стороны будут больше, чем с другой. Результирующая сила вызовет смещение частицы. Движение частицы указывает на тепловое движение молекул среды, так же, как качка корабля на море указывает на существование волн. В броуновском движении участвуют частицы с размером менее .

8.2.2. Общенаучное значение броуновского движения

Теория броуновского движения сыграла громадную роль в науке. Теоретическое обоснование тепловой природы броуновского движения явилось доказательством реальности существования молекул, отрицаемых Махом и Вильгельмом Отсвальдом. В связи с этим теория броуновского движения убедительно склонила чашу весов в пользу материалистического мировоззрения.

С помощью броуновского движения доказывается статистический характер второго закона термодинамики. В результате броуновского движения возникают флуктуации концентрации на молекулярном уровне или уровне малых частиц. Когда коллоидная частица самопроизвольно поднимается в броуновском движении, потенциальная энергия системы возрастает. При опускании частицы вниз за счет возросшей потенциальной энергии можно совершить работу. Следовательно, теплота окружающей среды превращается в работу в отсутствие начальной разности температур, то есть мы приходим к неверному выводу о том, что действует вечный двигатель второго рода. Ошибочность подобного заключения состоит в том, что подобная схема применима к отдельной частице, но не применима к множеству частиц. Согласно теории вероятностей, при большом числе частиц, если одна частица движется вверх, приводя к увеличению потенциальной энергии, то всегда найдется другая частица, двигающаяся вниз, и потенциальная энергия не изменится. Таким образом, второе начало термодинамики не применимо к отдельной частице, так как оно является вероятностным законом. Так броуновское движение привело к доказательству статистического характера второго закона термодинамики.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.