Методические указания по темам курса

1. 
   Введение
   

Основные свойства типичной коллоидной системы - это ее гетерогенность и высокая дисперсность. Мельчайшими частицами образования -мицеллы (агрегаты из множества молекул). Эти частицы могут быть капельками жидкости или маленькими кристаллами вещества или пузырьками газа находящимися в разных средах и образующими с ней поверхность раздела фаз. Любая поверхность раздела фаз обладает свободной поверхностной энергией, так как межмолекулярные силы сцепления в пограничных фазах неодинаковы. Для высокодисперсных систем

свободная поверхностная энергия очень велика – характерное свойство дисперсных систем, проявляющееся в большинстве коллоидно-химических явлений.

Коллоидная химия - это наука о свойствах гетерогенных высокодисперсных систем и протекающих в них процессах. К процессам, происходящим на поверхности раздела фаз относятся: адсорбция, коагуляция (слипание частиц), гетерокоагуляция, образование пленок на поверхности раздела фаз, образование объемных структур и др.

Классификация дисперсных систем возможна по разным признакам: по размеру частиц, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру взаимодействия между дисперсной фазой и средой, взаимодействию между частицами (связнодисперсные и свободнодисперсные), по величине свободной межфазной энергии (на границе частица-среда: лиофобные и лиофильные). Знакомясь с ней по учебнику, обратите внимание на огромное разнообразие реальных дисперсных систем. Внешне различные системы, такие как порошки, туманы, пены, суспензии, эмульсии, золи, дымы объединены общими характерными признаками: все они гетерогенны, с большой удельной поверхностью дисперсной фазы и, соответственно с большим запасом свободной поверхностной энергии.

Растворы ВМС в плохих растворителях содержат макромолекулы, свернутые в компактные клубки, представляющие по существу отдельную фазу. Такие растворы относят к коллоидным системам.

2. 
   Адсорбция
   

Адсорбент, Адсорбат, Адсорбтив

Количественно адсорбцию можно характеризовать с помощью изотермы, изостеры, изопикны:

Анализ изотермы: Г=f(C); Г=f(p) где Г- адсорбция;

С- равновесная концентрация;

р- равновесное давление.

I - при малых С и р зависимость Г- линейная

II - адсорбция идет эффективней десорбции

III- адсорбция не зависит от изменения С (р).
По механизму адсорбция бывает физическая и химическая ‌‌

Следует различать понятия абсолютной и избыточной адсорбции:

1. Абсолютная адсорбция (А) это количество адсорбата на единицу поверхности адсорбента.

А= υ_n/S_n= υ_nh/S_n=C_nh где υ_n- количество молей (1)

S_n- площадь

h- высота

Это избыток вещества в поверхностном слое по сравнению с таким же по толщине слоем в объемной фазе

Г= ∆ υ_n/S_n=∆ υ_nh/S_n=(C_n-C_ф)h= А-С_фh (2)

С_ф- молярная концентрация вещества в объемной фазе.

I Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра

• 
  Адсорбция вызвана валентными силами.
  
• 
  Адсорбция предельная (Г_∞), мономолекулярная (толщина адсорбционного слоя- 1 молекула)
  
• 
  Между адсорбирующимися молекулами отсутствует боковая когезия)
  

• 
  Адсорбция обусловлена физическими силами.
  
• 
  Адсорбция полимолекулярна.
  
• 
  Адсорбирующие силы исходят от всей поверхности адсорбента (образуя непрерывное силовое поле)
  
• 
  Строительство второго и третьего слоев может начаться при незаконченном первом.
  

Хорошо описывает адсорбцию паров веществ на твердых гладких и пористых адсорбентах. По этой теории на активных стенках адсорбента при определенных условиях могут образоваться полимолекулярные слои. Количество адсорбируемого вещества рассчитывают по уравнению:

р_s-давление насыщенного пара

κ – константа


Устойчивость и коагуляция дисперсных систем.

Под устойчивостью дисперсной системы понимают ее способность сохранять во времени: а) средний размер частиц; б) их равномерное распределение в фазе.

Выделяют два типа неустойчивости:

1. 
   агрегативная- проявляется в агрегации ( коагуляции, коалисценции) частиц;
   
2. 
   седиментационная- постепенное оседание частиц под действием силы тяжести, что нарушает в итоге равномерность распределения частиц. Скорость сидементации больше скорости диффузии.
   

1. 
   Электростатический фактор – наличие ДЭС на твердой поверхности позволяет частицам сохранять размеры.
   
2. 
   Адсорбционно- сольватный. Адсорбция ПАВ на поверхности частиц приводит к тому, что гидрофильные группы ориентируются к молекулам растворителя (Н₂О) образуя в совокупности развитый адсорбционно-сольватный слой.
   

До сих пор, в основном, имелись в виду системы вида Т/Ж (золи, суспензии). Теперь пора рассмотреть устойчивость эмульсий. Здесь заслуживают внимания два дополнительных аспекта. Первый связан с тем, что эмульсии могут быть прямыми и обратными. Поэтому неустойчивость, например, прямой эмульсии может проявляться двумя способами- не только путем слияния капель (коалесценции), но и путем превращения в обратную эмульсию. Вторая особенность- наличие эмульгаторов- веществ, резко повышающих устойчивость эмульсий.

Обращаясь к первой особенности, обсудим вначале чисто технический, но практически важный вопрос о том, как определить тип эмульсии.

В частности, при смешивании масла с водой в присутствии эмульгатора образуется либо прямая (М/В- капли масла в воде), либо обратная (В/М- капли воды в масле) эмульсия.

Вот три простейших метода идентификации типа эмульсии:

1. 
   Микроскопия
   
2. 
   Смешивание
   
3. 
   Смачивание гладкой поверхности
   

1. Воюцкий С. С. «Курс коллоидной химии», 2 изд., М., 1975 г.

2. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. М.: Агар; 2003, 320 с.

3. Лабораторные работы по коллоидной химии под ред. Ю. Г. Фролова, М., МХТИ им. Менделеева. 1986 г. вып. 3, 216 с.

4. Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия. М., Гэотар-мед, 2002 г. 378с.

5. Фролов Ю. Г. «Курс коллоидной химии» М., Химия, 1982 г.

6. Григоров О. Н., др. «Руководство к практическим работам по коллоидной химии» изд.Химия М–Л, 1964 г.

7.Омарова К. И., др.. «Метод. разработка к лабораторным работам по коллоидной химии: Алма-Ата, 1985 г.

8. Фридрихсберг Д. А. «Курс коллоидной химии» Л., Химия, 1974.