Дисперсность. Коллоидные системы как “предельно-дисперсные системы”, их роль в создании новых материалов, применяемых в технике.

Дисперсность (D) – мера раздробленности системы, величина, обратная поперечному размеру частицы: D = l/a.

Дисперсными (микрогетерогенными) системами называются системы их двух (или нескольких) фаз, одна из которых состоит и отдельных весьма мелких частиц (дисперсная фаза), распределенных в другой фазе (дисперсионной среде) или растворителе, когда говорят коллоидных растворах.

Дисперсность определяется как отношение суммарной поверхносп раздела дисперсной фазы с дисперсионной средой к суммарному объему этих частиц.

Наночастицы способствуют миниатюризации и образованию микросхем для записи информации, преобразованию измерений, создание принципиально новых материалов в электронике.

Билет 13 Эффективная вязкость структурированных жидкостей и пластических тел. Зависимость ее от действующего напряжения сдвига.

Реологические свойства идеально вязких тел (идеальных жидкостей) подчиняются закону Ньютона и описываются уравнением:

, (6.1)

где Р – напряжение сдвига, Па; η – вязкость жидкости, Па·с; – скорость деформации (изменение деформации во времени) или скорость течения жидкости.

Величина, обратная вязкости , называется текучестью.

Для характеристики течения структурированных жидкостей и пластических тел используют эффективную вязкость, которая уменьшается с ростом действующего напряжения сдвига.

При небольших P жидкость имеет неразрушенную структуру и наибольшее значение эффективной вязкости, при более высоких P происходит разрушение структуры что соответствует минимальному значению эфф. Вязкости.

Адсорбция электролитов. Основные закономерности. Влияние радиуса и гидратации ионов на адсорбцию. Лиотропные ряды ионов.

Ионная адсорбция – адсорбция сильных электролитов из водных растворов, обусловленная химическими и электростатическими силами.

Ионы избирательно адсорбируются на поверхностях, состоящих из ионов или полярных молекул.

1. С увеличением заряда иона его адсорбционная способность увеличивается.

2. С увеличением радиуса иона его адсорбционная способность увеличивается.

Ионы одинаковой валентности адсорбируются тем лучше, чем больше их ионный радиус, т.к. с увеличением радиуса уменьшается степень гидратации ионов, наличие гидратной оболочки ослабляет электростатическое взаимодействие ионов, препятствуя адсорбции.

Ионы, расположенные в порядке возрастания адсорбционной способности образуют лиотропные ряды (ряды Гофмейстера).

а) лиотропный ряд гидратированных катионов щелочных металлов:

б) лиотропный ряд двухвалентных катионов:

Рис. 3.41. Соотношение между истинными радиусами одновалентных катионов и их радиусами в гидратированном состоянии

3. С увеличением поляризуемости иона его адсорбционная способность увеличивается. Так как поляризуемость анионов всегда больше поляризуемости катионов, то на твердой поверхности преимущественно будут адсорбироваться анионы. Поэтому в природе чаще встречаются отрицательно заряженные поверхности. Лиотропный ряд некоторых анионов:

Это имеет большое значение для стабилизации и коагуляции коллоидных систем электролитами. В природе часто наблюдается избирательная адсорбция калия, бария, никеля, радиоактивных элементов и др.

Вывод формулы Смолуховского для определения электрокинетического потенциала по скорости электрофореза. Неточности, допускаемые при выводе формул.

Электрокинетический потенциал связан с электрофоретической (электроосмотической) подвижностью, уравнением Гельмгольца – Смолуховского:

, (4.3)

где ζ – величина электрокинетического потенциала, В; η – вязкость дисперсионной среды, Н·с/м²; ε – диэлектрическая проницаемость среды, для водной среды равная 81 (безразмерная величина); – электрическая константа (диэлектрическая проницаемость вакуума), равная 8,85·10^–12 Ф/м; U – линейная скорость движения границы золь-боковая жидкость, м/с; H – напряженность электрического поля, В/м.

Билет 14 Седиментация. Уравнение седиментационного анализа. Принципы построения кривых оседания частиц и кривых распределения массы частиц по размерам. Уравнение Сведберга-Одена.

Седиментация – осаждение частиц под действием силы тяжести.

. (8.11)

– разность между плотностью частицы дисперсной фазы и плотностью дисперсионной среды; g – ускорение свободного падения; – скорость оседания (седиментации) частицы – скорость движения частицы; η – вязкость дисперсионной среды; r – радиус частицы дисперсной фазы

q – вес частиц

скорость увеличения веса осадка dP/dt в любой заданный момент времени t обусловлена оседанием частиц размером, меньшим r_i = r(t)

Полимолекулярная адсорбция. Теория БЭТ. Уравнения изотермы адсорбции. Анализ уравнения и определение константы. Емкость монослоя. Расчет удельной поверхности адсорбента.

Основные положения теории Поляни

1. Адсорбция обусловлена физическими силами (силами Ван-дер-Ваальса). Основной вклад вносят дальнодействующие дисперсионные силы аддитивные и не зависящие от температуры.

2. На поверхности адсорбента нет активных центров (энергетически однородная поверхность).

3. Адсорбционные силы действуют на больших расстояниях, что приводит к образованию полимолекулярного слоя. По мере удаления от поверхности действие адсорбционных сил уменьшается и на некотором расстоянии практически становится равным нулю.

4. Адсорбционные силы не зависят от температуры.

5. Практически все адсорбированное вещество на поверхности адсорбента находится в жидком состоянии

Основные положения теории БЭТ

1. На поверхности адсорбента имеется определенное число равноценных в энергетическом отношении активных центров (поверхность однородна, все активные центры одинаковой силы).

2. Взаимодействие соседних адсорбированных молекул в первом и последующих слоях отсутствуют.

3. Каждая молекула предыдущего слоя представляет собой возможный активный центр для адсорбции молекулы следующего адсорбционного слоя (адсорбция многослойна).

4. Первый слой адсорбата образуется в результате действия сил Ван-дер-Ваальса между адсорбентом и адсорбатом, последующие в результате конденсации.

5. Все молекулы во втором и более далеких слоях ведут себя подобно молекулам жидкости.

6. Возможно построение последующих слоев при незаполненном первом.

Уравнения изотермы адсорбции

. (3.24)

уравнение полимолекулярной адсорбции БЭТ:

, (3.22)

где – емкость одного адсорбционного монослоя, зависящая от геометрии молекул и определяемая площадью, которую занимает одна молекула в насыщенном монослое; – относительное давление пара (р – равновесное давление пара, р_S – давление насыщенного пара); С – константа, характеризующая энергию взаимодействия в адсорбционном слое:

, (3.23)

где К – константа адсорбционного равновесия в уравнении Лэнгмюра; К_L – константа конденсации пара; р_S – давление насыщенного пара (константа для каждого вещества)

Определяют емкость адсорбционного монослоя как котангенс угла наклона прямой линии:

.

Экспериментальное определение A_∞ позволяет рассчитать удельную поверхность адсорбента (поверхность единицы массы адсорбента): .