Теоретическая часть

1. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем

Молекулярно-кинетическая теория рассматривает коллоидные растворы как частный случай истинных растворов, но с более крупными частицами растворенного вещества. Дисперсионная среда – растворитель, а дисперсная фаза – растворенное вещество.

Осмотическое давление  разбавленных коллоидных растворов рассчитывают по уравнению Вант-Гоффа:

 = CRT, (1. 1)

где  – осмотическое давление, Па; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура, К.

С = n/N_А,

следовательно,

 = (1. 2)

где С – это число моль коллоидных частиц, которую называют частичной концентрацией (частица/м³); n – число частиц в единице объема раствора (м³); N_А – постоянная Авогадро.

Другой способ выражения концентрации дисперсной фазы называется массовой концентрацией С_мас. Она представляет собой массу дисперсной фазы, приходящуюся на единицу объема системы.

Для шарообразных частиц

С_мас=nm_{частицы}=nV = n r³, (1. 3)

где С_мас – массовая концентрация, кг/м³;  – плотность дисперсной фазы, кг/м³; V – объем частицы дисперсной фазы, м³; r – радиус частицы дисперсной фазы, м; здесь  = 3,14, а не осмотическое давление.

Отсюда находят число коллоидных частиц

n= . (1. 4)

Так как размеры коллоидных частиц в десятки и сотни раз превышают размеры молекул, то число частиц в единице объема коллоидного раствора в десятки и сотни тысяч раз меньше, чем число молекул в единице объема истинного раствора при одинаковых массовых концентрациях растворов. Следовательно, первая особенность осмотического давления в коллоидных растворах - его очень маленькая величина. Вторая особенность осмотического давления – его непостоянство. Это связано с процессами агрегации (укрупнения) и дезагрегации (разукрупнения) частиц, что приводит к изменению радиуса этих частиц. Величина  двух коллоидных растворов с дисперсной фазой одной и той же природы и одинаковой массовой концентрацией, но с разными размерами частиц обратно пропорциональны кубу радиусов этих частиц.

= (1. 5)

Диффузия – процесс самопроизвольного выравнивания концентрации молекул, ионов, коллоидных частиц под влиянием их теплового движения.

Закон Фика: скорость диффузии пропорциональна градиенту концентрации.

,

где dm – количество продиффундировавшего вещества, моль; d - время диффузии, с; S – площадь сечения, через которую диффундирует вещество, м²; – скорость диффузии (поток диффузии); dc/dx – градиент концентрации, D – коэффициент диффузии, м²/с.

Уравнение Эйнштейна:

D = , (1. 6)

где  - вязкость среды, Пас; r – радиус частиц, м; Т – абсолютная температура, К; N_А – постоянная Авогадро;  = 3,14.

Броуновское движение заключается в том, что частицы дисперсной фазы находятся в беспорядочном непрерывном хаотическом движении под действием ударов молекул дисперсионной среды, находящейся в интенсивном молекулярно-тепловом движении.

Вследствие хаотичности броуновского движения путь частицы очень сложен, так как она 10²⁰ раз в секунду меняет направление движение. Поэтому определить истинный путь частицы невозможно. Говорят лишь о среднем расстоянии смещения или сдвиге частицы за некоторое время , наблюдая за ней в микроскоп и регистрируя ее положение через равные промежутки времени.

Уравнение Эйнштейна – Смолуховского:

. (1. 7)

Подставив значение коэффициента диффузии из (1. 5), получим

. (1. 8)