Лекція № 20

Тема: Оптичні властивості дисперсних систем.

Мета: Вивчити оптичні властивості дисперсних систем: явище опалесценції, рівняння Релєєя і вміти робити аналіз рівнянню Релєєя.

Оптичні властивості колоїдних розчинів. Ефект Тиндаля.

При проходженні світла крізь дисперсну систему, світло може поглинатися, відображатися або розсіюватися. Поглинання світла – це явище вибіркове. Одні речовини повністю поглинають світло, а другі поглинають тільки промені визначної частини спектру. Поглинання світла властиве любим дисперсним системам. Відображення світла можливе тільки у грубо дисперсних системах: суспензіях, емульсіях. Відображення світла проявляється в каламутних дисперсних системах, як при прямому проходженні світла так і при боковому проходження світла. Найбільш характерними оптичними властивостями для колоїдних систем є розсіювання світла у всіх напрямках. Це розсіювання світла було названо – опалесценцією.

Вперше цей ефект помітив Фарадей, але більш детально вивчив Тиндаль. Пізніше математично це явище було виражено вченим Релєєм.

Формула Релєєя:

І_р = 24³І₀ (n₁² – n₂² / n₁² +2n₂²)²   V² / ⁴

де, І_р - інтенсивність розсіяного світла колоїдної фази

n₁ - показник заломлення світла дисперсної фази

n₂ - показник заломлення дисперсного середовища

V - об'єм однієї колоїдної частини

- часткова концентрація колоїдного розчину

 - довжина світлової хвилі

Іо - інтенсивність падаючого світла на колоїдну систему

Часткова концентрація - це кількість частинок розчиненої речовини в об'ємі розчинника.

Усі фізичні властивості розчинів залежать від часткової концентрації. З формули Релея видно, що інтенсивність залежить від розміру колоїдної частини (чим вона більше, тим більше інтенсивність).

Інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна довжині хвилі. Чим менше довжина світлової хвилі, тим краще розсіюється світло. Краще розсіюється голубе світло. З формули Релєєя видно, що колір колоїдного розчину залежить від ступеня дисперсності колоїдної частки.

Якщо всі колоїдні частини будуть менше половини світлової хвилі голубого кольору, то розчин буде голубого кольору. Колоїдні розчини можуть бути усіх кольорів райдуги, в залежності від того, яких розмірів будуть колоїдні частки. Цим займався Ломоносов.

Ефект Тиндаля має велике практичне значення, оскільки він лежить в основі ультрамікроскопа.

Лекція № 21

Тема: Будова подвійного електронного шару, будова міцел золю та гідрозолю.

Мета: Навчитися писати формули та схеми будови міцел золю та гідро золю: визначати агрегат, потенціалвизначні іони, противоіони, адсорбційний та дифузійні шари, гранулу і вміти визначати заряди.

Будова міцели гідрозолю. Будова подвійного електричного шару.

Подвійний електричний шар виникає на межі розподілу фаз тверде тіло-розчин внаслідок вибіркової адсорбції. Прикладом подвійного електричного шару утвореного внаслідок дисоціації являється іонний шар часток гідро золю диоксиду кремнію. Поверхневі молекули диоксиду кремнію при взаємодії з водою утворюють кремнієву кислоту.

Н₂SiO₃ HSiO₃^- + H⁺

В загальному випадку подвійний електричний шар складається із іонів, достатньо міцно зв’язаних з твердою фазою, вони отримали назву потенціалвизначних іонів і еквівалентної кількості протилежно заряджених іонів, які знаходяться в рідкій фазі – противоіони. Між твердою фазою і рідиною виникає різниця потенціалів, тобто поверхневий потенціал.

Міцела - це колоїдна частинка.

Гідрозоль - це водний колоїдний розчин.

Колоїдна частинка будь - якого колоїдного розчину складається з колоїдного ядра, що містить в собі від 100 до 1000 молекул. Усі молекулярні ядра настільки з'єднанні один з одним, що в середину ядра не може проникнути вода. Звідси колоїдні розчини отримали назву гідрофобних колоїдних систем.

Поверхневий шар молекули ядра вступає у хімічну взаємодію з молекулами НСІ. Утворює електроліт FeOCІ

Fe(OH)₃ + HCl  3FeOCI + 2H₂O

Після чого FeOCl у воді дисоціює на іони таким чином:

nFeOCl  nFeO⁺ + nCI^-

Потім в результаті вибіркової адсорбції іонів електроліту FeOCl колоїдна частика заряджується позитивно. Першими адсорбується іони nFeO⁺ агрегатом, другими частина(n-х)СІ^-, а іони хСІ^- залишаються у воді у гідратованому стані. Так утворюється міцела.

Міцела складається:

1. [Fe(OH)₃]m - агрегат

2. з ядра [Fe(OH)₃]m/ nFeO⁺

3. потенціалвизначних іонів nFeO⁺

4. шару противоіону (n-х)СІ^-

5. адсорбційний шар nFeO⁺ + (n-x)CI^-

6. {[Fe(OH)₃]m /nFeO⁺ + (n-x)CI^-}⁺ - гранула

7. хСІ^- - дифузійний шар.

Ядро разом з адсорбційним шаром – гранула.

Гранула разом з дифузійним шаром - міцела.

{[Fe(OH)₃]m /nFeO⁺ + (n-x)CI^-}⁺ хСІ^-