- •Т. Е. Иванова коллоидная химия
- •Оглавление
- •Введение
- •I. Предмет коллоидной химии. Общая характеристика поверхностных явлений и дисперсных систем, их классикации. Значение коллоидной химии.
- •1. 1. Предмет коллоидной химии. Признаки объектов коллоидной химии
- •3. Классификация по межфазному взаимодействию
- •4 . Классификация по фазовой различимости
- •5. Классификация по агрегатному состоянию
- •1. 3. Классификация поверхностных явлений
- •Таким образом, разработка любых химико-технологических процессов требует знания теоретических основ явлений и систем, изучаемых коллоидной химией.
- •II. Получение и очистка коллоидных систем
- •II. 1. Получение коллоидных систем
- •Диспергационные методы
- •Метод пептизации
- •2) Конденсационные методы
- •II. 2. Очистка коллоидных систем
- •Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
- •2. Светорассеяние токопроводящими частицами
- •Лекция 5 термодинамика поверхностного слоя. Поверхностное натяжение
- •5.1. Общая характеристика поверхностного слоя и его энергия. Два метода описания поверхностного слоя
- •5.2. Фундаментальные уравнения Гиббса для гетерогенных систем. Термодинамическое определение поверхностного натяжения.
- •5.3. Уравнение Гиббса-Гельмгольца для внутренней полной удельной поверхностной энергии.
- •5.4. Температурные зависимости энергетических параметров поверхностного слоя.
- •Работа адгезии и когезии.
- •6.Капиллярные явления. Уравнение Лапласа –Юнга.
- •Уровень жидкости в капиллярах . Уравнение Жюрена
- •Адсорбция на границе жидкость-газ.
- •§1 Уравнение адсорбции Гиббса.
- •Анализ уравнения Гиббса. Поверхностная активность.
- •Построение изотермы Гиббса. Вид изотермы адсорбции.
- •Поверхностно-активные вещества. Строение адсорбционного слоя.
- •Весы Лэнгмюра.
- •Уравнение Шишковского. Переход от уравнения Шишковского к уравнению Лэнгмюра.
- •Изотерма адсорбции Лэнгмюра.
- •Анализ уравнения Лэнгмюра.
- •Работа адсорбции.
- •1. Общие определения. Способы выражения адсорбции
- •2. Природа адсорбционных сил.
- •Адсорбция электролитов. Ионный обмен.
- •Классификация и методы получения ионитов. Иониты По происхождению По составу По знаку заряда обменивающихся ионов
- •Физико – химические характеристики ионитов.
- •Изотерма ионного оьмена.
- •Применение ионного обмена.
- •Кинетика адсорбции.
- •Лекция 10. Агрегативная устойчивость дисперсных систем
- •Факторы агрегативной устойчивости коллоидных систем.
- •Термодинамические факторы устойчивости.
- •Структурно-механический фактор устойчивости
- •Энтропийный фактор устойчивости.
- •Коагулирующее действие электролитов.
- •Теории электролитной коагуляции.
- •Химическая теория Дюкло.
- •Электростатические теории
- •Теория устойчивости гидрофобных коллоидов. (длфо)
- •Электростатические силы отталкивания
- •1 Случай.
- •2 Случай.
- •3 Случай.
- •Гетерокоагуляция и гетероадагуляция.
- •Структурно – механические свойства дисперсных систем.
- •Типы коллоидных структур.
- •Вязкость дисперсных систем.
- •Упруго-пластические свойства дисперсных систем.
- •Иванова Татьяна Евгеньевна коллоидная химия Поверхностные явления и дисперсные системы
- •Издательство государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
- •625000, Тюмень, ул. Володарского, 38.
- •625039, Тюмень, ул. Киевская, 52.
Таким образом, разработка любых химико-технологических процессов требует знания теоретических основ явлений и систем, изучаемых коллоидной химией.
Большой вклад в становление коллоидной химии как самостоятельной науки внесли труды Грэма, Ловица, Рейсса, Фарадея, Веймарна, Оствальда, Цвета, Ленгмюра, Шишковского, Фрейндлиха, Гуи, Чепмена, Штерна, Борщова, Менделеева, Эйнштейна, Смолуховского, Пескова, Думанского, Фрумкина и многих других, которые мы будем изучать при рассмотрении тех или иных разделов.
II. Получение и очистка коллоидных систем
II. 1. Получение коллоидных систем
Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярными системами. Поэтому коллоидные системы можно получить двумя путями: 1) дробление крупных кусков вещества до требуемой дисперсности (диспергационные методы) и 2) объединение молекул или ионов в агрегаты коллоидных размеров (конденсационные методы).
Диспергационные методы
Диспергирование – это процесс увеличения удельной поверхности дисперсной фазы. Процесс, как правило, несамопроизволен, он сопровождается увеличением поверхностной энергии, а следовательно, требует совершения работы, расходуемой на преодоление межмолекулярных сил.
В процессе диспергирования в результате механического воздействия на поверхности частиц образуются микротрещины, значительно понижающие механическую прочность частиц. Микротрещины появляются в местах дефектов кристаллической структуры. Развитие микрощелей происходит в результате адсорбции компонентов раствора на поверхности трещин. При этом адсорбированное вещество образует в устье трещины двумерный конденсированный слой, оказывающий расклинивающее действие. Адсорбционное понижение твердости материалов называется эффектом Ребиндера и широко используется на практике. Диспергированием можно получить частицы размером не менее 1 мкм (суспензии и взвеси).
К диспергационным методам относятся:
а) механические методы – дробление, истирание, раздавливание твердых частиц (в дробилках и мельницах различных конструкций). Метод применяется в технике в огромных масштабах (энергия, расходуемая на размол цемента в России, превышает энергию Волжской ГЭС; мировое производство порошков достигает миллиарда тонн в год).
Шаровые мельницы: в цилиндр помещают сухие или мокрые куски и шары из прочного материала, цилиндр вращается, шары разбивают куски.
Коллоидные мельницы: развитие разрывающих усилий в суспензии или эмульсии под действием центробежной силы.
б) ультразвуковой метод – разрывающие усилия в частицах возникают вследствие резких локальных изменений давления при прохождении волны за малые промежутки времени (10-4 – 10-5 с). Получают органозоли легкоплавких металлов и сплавов, гидрозоли серы, гипса, графита, гидроокисей металлов, крахмала и т.д.
в) электрические методы – например, метод Бредига – образование вольтовой дуги между электродами из диспергируемого металла в воде. Происходит распыление металлического электрода в дуге и конденсация паров металла при высокой температуре (золь гидроксида железа). Работа, затрачиваемая на диспергирование, может быть условно разделена на две части:
работа упругого и пластического деформирования:
Wдеф = k ∙ V, (2.1)
где V – объем тела, k – коэффициент пропорциональности, равный работе деформирования единицы объема конденсированного тела.
работа образования новой поверхности:
Wп = σ ∙ Δs, (2.2)
где σ – энергия образования единицы поверхности (поверхностное натяжение), Δs – приращение поверхности или площадь образовавшейся поверхности.
Полная работа, затрачиваемая на диспергирование, описывается уравнением Ребиндера:
W = Wдеф + Wп = kV + σΔs (2.3)
или через линейный размер тела d:
W = k′d3 + k″d2σ = d2 (k′d + k″σ) , (2.4)
где k′ и k″ - коэффициенты пропорциональности.
При больших размерах тела d второе слагаемое << первого и
W ≈ k′d3 , (2.5)
т.е. работа диспергирования определяется в основном работой упругого и пластического деформирования.
При малых значениях d (на заключительных этапах дробления)
W ≈ k″σ d2 , (2.6)
т.е. при измельчении работа диспергирования определяется в основном работой образования новой поверхности (т.е. работой по преодолению сил когезии).