Основные понятия коллоидной химии

Адсорбционные силы

Физические Химические

1) дисперсионные (до 100% в неполярных сист.) 1) ионные

2) индукционные (до 50%) 2) ковалентные

3) ориентационные (не более 5%) 3) координационные

5 – 1000 А 2 – 5 А

10 – 40 кДж 40 – 400 кДж

⁴ ² * _m 3 * h *  * _m²

U = + +

U (r) = b - c

где b,c – эмпирические константы, r – расстояние между атомами.

Критерий сравнения Физическая адсорбция Химическая адсорбция

Силы физические химические

воздействие

Количество моно- и полимолекулярная только

участвующих молекул адсорбция мономолекулярная

нелокализована

Расстояние 5 – 1000 А 2 – 5 А

активации

Обратимость обратима (десорбция) необратима

(деструкция) Влияние температуры уменьшается ускоряется

Селективность неселективна селективна

специфична

(десорбция)

(разрушение вещества)

4) Кинетика адсорбции.

₁

Lg (А равн. - А_)

5) Теплота адсорбции.

q_a q_a

Г₂

q = Q/m =  q_d*dГ dq = -RT²(d ln p/dT)

0
6) Теории адсорбции.

2) Адсорбция молекул адсорбтива происходит на активных центрах.

3) Время пребывания адсорбированной молекулы на активном центре ограничено и в результате десорбции/адсорбции ее место занимает другая молекула.

4) Не учитываются силы взаимодействия между соседними адсорбированными молекулами.

5) Адсорбционные силы не зависят от температуры, а количество адсорбированного вещества с ростом температуры уменьшается в результате десорбции.

6) Активные центры энергетически эквивалентны.

2) На поверхности адсорбента нет активных центров, а молекулы удерживаются вблизи поверхности силовым полем.

3) Адсорбционные силы действуют на значительном расстоянии, поэтому на поверхности адсорбента существует некоторый адсорбционный объем, по толщине больший, чем размер отдельной молекулы.

4) Действие адсорбционных сил по мере удаления от адсорбента уменьшается, а на некотором расстоянии прекращается.

2) Взаимодействие между соседними адсорбированными молекулами пренебрежимо мало.

3) Молекулы первого слоя служат активным центром для последующих слоев и возникают полислои адсорбата.

4) Молекулы во втором и последующих слоях имеют такую же сумму статических состояний, как и в жидком состоянии.

Amax * k * C

1 + k * C

С – концентрация адсорбата, k – константа адсорбции, Amax – предел адсорбции, максимально возможная концентрация адсорбированного вещества на поверхности.

Анализ уравнения:

А

При С 0 k*C 0

(прямая линия)

1) Адсорбтив – газ: активные и инертные газы, газовый конденсат.

2) Адсорбент – жидкости: см. Адсорбтив.

Твердые тела различной полярности, пористые с различным размером и количеством пор, волокна, ткани, пленки, мембраны.

Классификация коллоидных систем.
1) По размеру частиц.
По размеру частиц коллоидные системы делятся на:

1) истинные растворы – размер 10^-10 – 10^-9 м.

2) ультрамикрогетерогенные – размер 10^-9 – 10^-7 м.

3) микрогетерогенные – размер 10^-7 – 10^-5 м.

4) макрогетерогенные – размер 10^-5 – 10^-3 м.

5) грубодисперсные – размер до 10^-3 м.

Удельная поверхность частиц: S уд.

4 *  * r² 3 6

S уд. = = =

4/3 *  * r³ r d
Дисперсность: 1 2 3 4 5



Д = 1/d 10^-10 10^-9 10^-7 10^-5 10^-3 r

Примеры коллоидных систем:
Ультрамикрогетерогенные системы: высокодисперсные наполнители смеси полимеров, внутреннее строение крови, клеток микробов, бактерий и т. д., водные дисперсии полимеров, дымы, пыли, поры.

Метод наблюдения: электронная микроскопия высокого разрешения.
Микрогетерогенные системы: наполнители резин и пластмасс, мел, каолин, цемент, алебастр, микробы, бактерии, пыльца растений, кровь, пыли, дымы, красители, облака, туман, снег.

Метод наблюдения: оптическая микроскопия.
Макрогетерогенные системы: крупы, мука, сахар, кофе, песок, волокна, волосы, град.

Метод наблюдения: увеличительное стекло.

2) По агрегатному состоянию:

Фаза

Среда Газ Жидкость Твердое тело

Газ Газовая смесь Туман Дым, пыль

(аэрозоли)

(не изучается)

Жидкость Пена Эмульсия Суспензия

(лиозоли,

гидрозоли)

Твердое Твердая пена Твердая эмульсия Твердые растворы

тело

Примеры:

Туман: пары, кучевые облака, дождь, изморось, брызги шампанского.

Дым, пыль: порошки, крупы, град, снежинки, изморозь, перистые облака, песок, цемент, смог, манна небесная.

Пена: морская пена, пены для бритья и стирки, слюна.

Эмульсии: молоко, сметана, парфюмерия, сливочное масло, кровь, смеси растворов полимеров, соусы, майонез.

Суспензии (золи): взвеси: песок, крупа, цемент в воде, сухое молоко.

Твердые пены: пенобетон, пенопласт, отделочные материалы, твердые сыры, сухофрукты, хлеб, зефир, пастила.

Твердые эмульсии: живая клетка, почва, фрукты и овощи, жемчуг, плавленые сыры.

Твердые растворы: сплавы, камни: базальт, мрамор, гранит и т. д., янтарь, композиционные материалы, наполненные полимеры, сыры.

3) По взаимодействию фазы со средой.

Коллоидные системы

Лиофильные Лиофобные

(“любят среду”) (“не любят среду”)
Изменение энергии Гиббса при образовании:

G  0 G  0

Термодинамически равновесны Термодинамически не равновесны
Образуются самопроизвольно Для образования требуются

затраты энергии

Не требуется стабилизация Образуются при наличии

стабилизатора

Слабо подвержены действию Действие электролитов

электролитов вызывает коагуляцию

Агрегативно устойчивы Агрегативно неустойчивы
При нагревании расслаиваются При нагревании устойчивы

 f ^  f ^

h₁ h₂




f ^s f ^s
 h₁  h₂  f ^

f ^

Нет скачка энергии На границе раздела фаз

на границе раздела фаз существует скачок энергии
Устойчивость носит

временный характер

Примеры:
Лиофильные Лиофобные
растворы совместимых молоко, облака,

полимеров в общем растворителе, дымы, пыли, туман,

критические взвеси, кровь, пены,

высококонцентрированные растворы несовместимых

эмульсии, полимеров,

высокодисперсные золи эмульсии,

парафина в углеводородах, суспензии.

эмульсии с высоким содержанием

мыл и ПАВ,

смазочно-охлаждающие жидкости

для обработки металлов.

4) По взаимодействию частиц дисперсной фазы.

Коллоидные системы

Коагуляционные Конденсационно-кристаллизационные

Особенности и характерные признаки систем:

Коагуляционные Конденсационно-кристаллизационные

(свободнодисперсные) (связаннодисперсные)

структуры структуры

1) Расстояние между частицами 1) Расстояние между частицами

Н  0 , Н  10 А Н = 0

коагуляционный контакт: непосредственный контакт:




Н





2) Контакт частиц за счет 2) Контакт частиц за счет

дальней агрегации ближней агрегации

Е Е

Е min  кТ

Е min >> кТ

Неполная дестабилизация Полная дестабилизация
3) Прочность единичного контакта 3) Прочность единичного контакта
р  10 ^–3 дин/контакт р  10 ^–1 дин/контакт
Коагуляционный контакт за счет Ближний фазовый контакт за счет

дальнодействующих электростатических или

ван-дер-ваальсоых сил химических сил
4) Низкая механическая прочность 4) Высокая механическая прочность
Мало P = * p - число контактов Велико P = * p

на 1 см²

Сильная зависимость от химического

Наличие прослойки среды потенциала данного твердого тела

уменьшает роль химического

потенциала .

5) Пластичность, необратимая 5) Эластичность, упруго-хрупкая

деформация. обратимая деформация.

6) Обратимость коагуляционных 6) Необратимость фазовых

контактов. контактов.

7) Способны к тиксотропии. 7) Неспособны к тиксотропии.
Тиксотропия – способность системы после разрушения самопроизвольно восстанавливать структуру во времени, т. е. способность к обратимым трансформациям при перемешивании и нагревании.

8) Способны к синерезису 8) Неспособны к синерезису

Синерезис – самопроизвольное уменьшение размеров геля в результате выделения дисперсной фазы.
9) Способны к набуханию 9) Неспособны к набуханию

Примеры

Разбавленные эмульсии и Концентрированные

суспензии, эмульсии, суспензии, пены,

молоко, сметана, кровь, латекс, твердые пены, эмульсии, растворы,

водные дисперсии полимеров, творог, сыры,

смеси растворов несовместимых наполненные полимеры,

полимеров, смеси полимеров, сплавы,

туманы, пыли, дымы. фрукты и овощи.

5) По стерическому фактору.
Высокодисперсные частицы бывают:

1) Трехмерные – шарообразные, анизометрические.

(большая удельная поверхность Sуд, малое значение d/l)
Крупнодисперсные объекты – усы, волокна (малое Sуд, большое d/l)
2) Двухмерные – волокна, ткани (малое Sуд, большое d/l)
3) Одномерные – пленки.

жүктеу/скачать 104 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: