- •1 Хімічна термодинаміка 4
- •2 Дисперсні системи 32
- •3 Поверхневі явища 64
- •1 Хімічна термодинаміка
- •1.1 Основи фізичної хімії. Хімічна термодинаміка
- •1.1.1 Основні поняття і терміни хімічної термодинаміки
- •1.1.2 Перший закон термодинаміки
- •1.1.3 Теплові ефекти фізико – хімічних процесів
- •1.1.4 Висновки з закону Гесса
- •1.1.3.1 Розрахунки теплових ефектів
- •1.1.5 Залежність теплового ефекту процесу від температури
- •1.2 Напрямок перебігу фізико – хімічних процесів
- •1.2.1 Другий закон термодинаміки
- •1.2.2 Ентропія
- •1.2.3 Третій постулат термодинаміки
- •1.2.4 Зміна ентропії у фізико-хімічних процесах
- •1.2.5 Вільна енергія і напрямок хімічних реакцій
- •Приклади рішення задач
- •Розв’язок
- •Відповідь: 159,9 Дж/моль·к.
- •2 Дисперсні системи
- •2.1 Класифікація дисперсних систем
- •2.1.1 Основні терміни колоїдної хімії
- •2.1.2 Класифікація дисперсних систем
- •2.1.2.1 За характером дисперсності
- •2.1.2.2 За ступенем дисперсності
- •2.1.2.3 За агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища
- •2.1.2.4 За характером взаємодії між частинками дисперсної фази і дисперсійним середовищем
- •2.1.2.5 За характером взаємодії між самими частинками дисперсної фази
- •2.1.2.6 За формою частинок дисперсної фази (за топографічною ознакою)
- •2.1.3 Одержання і очистка дисперсних систем
- •2.1.3.1 Основні методи одержання дисперсних систем
- •2.1.3.2 Очистка колоїдних систем
- •2.2 Молекулярно-кінетичні властивості дисперсних систем
- •2.2.1 Броунівський рух
- •2.2.2 Дифузія
- •2.2.3 Осмотичний тиск
- •2.2.4 Седиментація
- •2.2.4.1 Седиментаційно-дифузійна рівновага
- •2.2.4.2 Седиментаційний аналіз
- •2.2.5 Оптичні властивості дисперсних систем
- •2.2.5.1 Розсіяння світла
- •2.2.5.2 Оптичні методи дослідження дисперсних систем
- •Контрольні питання
- •Приклади розв’язку задач
- •3.1.2 Поверхневий натяг
- •3.1.3 Класифікація поверхневих явищ
- •3.1.4 Поверхневий натяг на межі двох рідин. Взаємне розтікання рідин
- •3.1.5 Адгезія і когезія. Явища розтікання та змочування
- •3.1.5.1 Поняття про когезію та адгезію
- •3.1.5.2 Змочування поверхні твердого тіла рідиною
- •3.1.5.3 Адгезія між твердим тілом і рідиною
- •3.1.5.4 Капілярні явища
- •Контрольні питання
- •3.2 Поверхневі явища на межі тверде тіло – газ, тверде тіло – рідина, рідина – газ, рідина – рідина, тверде тіло – рідина, тверде тіло – тверде тіло
- •3.2.1 Кількісна характеристика адсорбції. Величини адсорбції
- •3.2.2 Рівняння стану адсорбції
- •3.2.3 Теплота адсорбції
- •3.2.4 Залежність адсорбції від температури та природи газу
- •3.2.5 Фізична адсорбція газів і парів на гладкій твердій поверхні. Закон Генрі
- •3.2.6 Теорія адсорбції і рівняння Ленгмюра
- •3.2.7 Ізотерма адсорбції Фрейндліха
- •3.2.8 Рівняння бет (Брунауера,Еммета,Теллера)
- •Аналогічно
- •3.2.9 Швидкість адсорбції
- •3.2.10 Хімічна адсорбція газів на твердій гладкій і пористій поверхні
- •3.2.11 Капілярна конденсація
- •Отже, при сталій температурі
- •Контрольні питання
- •3.3 Електричні явища на межі тверде тіло – рідина. Будова міцели
- •3.3.1 Електрокінетичні явища
- •3.3.2 Утворення і будова подвійного електричного шару на межі тверде тіло – рідина
- •3.3.2.1 Механізм утворення пеш
- •3.3.2.2 Термодинамічне співвідношення між поверхневим натягом і електричним потенціалом
- •3.3.2.3 Теорія будови пеш Гельмгольца-Перрена
- •3.3.2.4 Теорія будови пеш Гуї-Чепмена
- •3.3.2.5 Теорія будови пеш Штерна
- •3.3.3 Вирази для дзета-потенціалу
- •3.3.4 Вплив різних факторів на дзета-потенціал
- •3.3.4.1 Вплив індиферентних електролітів
- •3.3.4.2 Вплив неіндиферентних електролітів
- •3.3.4.3 Вплив pH-середовища
- •3.3.4.4 Вплив концентрації колоїдної системи
- •3.3.4.5 Вплив температури
- •3.3.4.6 Вплив природи дисперсійного середовища
- •3.3.5 Міцелярна теорія колоїдних розчинів
- •3.3.6 Йонна адсорбція з розчинів на твердому адсорбенті
- •3.3.6.1 Йонообмінна адсорбція
- •3.4 Стійкість дисперсних систем
- •3.4.1 Види стійкості дисперсних систем
- •3.4.2 Процеси, обумовлені агрегативною нестійкістю
- •3.4.3 Фактори стійкості дисперсних систем
- •3.4.4 Коагуляція гідрофобних золів
- •3.4.4.1 Коагуляція під дією електролітів. Правило Шульце−Гарді
- •3.4.4.2 Гетерокоагуляція. Взаємна коагуляція золів
- •3.4.5 Теорії стійкості і коагуляції
- •3.4.5.1 Адсорбційна теорія коагуляції г.Фрейндліха
- •3.4.5.2 Електростатична теорія коагуляції г.Мюллера
- •3.4.5.3 Теорія стійкості систем длфо
- •3.4.5.4. Вплив концентрації електроліту на потенціальні криві взає-модії частинок
- •3.4.6 Швидкість коагуляції
- •3.4.7 Колоїдний захист
- •Контрольні питання
- •Розв’язок
- •Розв’язок
- •3.5 Характеристика мікрогетерогенних дисперних систем План
- •Металокерамічні матеріали
- •3.5.1 Дисперсні системи з газовим дисперсійним середовищем (аерозолі)
- •3.5.2 Дисперсні системи з рідинним дисперсійним середовищем
- •3.5.2.1 Суспензії
- •3.5.2.2 Емульсії
- •3.5.2.3 Латекси
- •3.5.3 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем (тверді золі, солідозолі)
- •3.5.3.1 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і газоподібною дисперсною фазою (тверді піни)
- •3.5.3.2 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і рідинною дисперсною фазою (тверді емульсії)
- •3.5.3.3 Дисперсні системи з твердим дисперсійним середовищем і твердою дисперсною фазою
- •3.5.4 Композиційні матеріали (композити)
- •3.5.4.1 Металокерамічні матеріали
3.3.2 Утворення і будова подвійного електричного шару на межі тверде тіло – рідина
Теоретичне пояснення зазначених електрокінетичних явищ основане на уявленні про подвійний електричний шар (ПЕШ), який існує на межі фаз.
3.3.2.1 Механізм утворення пеш
Виникнення подвійного електричного шару на міжфазних поверхнях, як і адсорбція, є результатом взаємодії контактуючих фаз завдяки надлишковій поверхневій енергії. Прагнення гетерогенної системи до зменшення поверхневої енергії викликає певну орієнтацію полярних молекул, йонів і електронів в поверхневому шарі, внаслідок чого контактуючі фази набувають зарядів протилежного знаку, але рівної величини. Так виникає на поверхні з відповідними електричними потенціалами, зарядом, ємністю та іншими властивостями ПЕШ, який зумовлює різні електроповерхневі явища. Збільшення міжфазної взаємодії при виникненні ПЕШ можна уявити і як зниження поверхневого натягу завдяки взаємному відштовхуванню однойменних зарядів, що концентруються на поверхні зі сторони кожної фази, яке зменшує стягуючі сили в поверхневому шарі.
Розрізняють три можливі механізми утворення ПЕШ
1. ПЕШ утворюється в результаті переходу йонів або електронів з однієї фази в іншу (поверхнева йонізація). Наприклад, з поверхні металу, зануреного у воду, переходять йони, утворюючи зі сторони водної фази шар позитивно заряджених йонів металу. Поверхня металу зарядиться негативно надлишковими електронами. Електричний потенціал, що виник на межі розділу фаз, перешкоджає дальшому переходові йонів металу в розчин. Наступає рівновага, тобто формується ПЕШ. Аналогічно ПЕШ утворюється на міжфазній поверхні між водою і малорозчинною сполукою, наприклад, аргентум йодидом. З поверхні кристаликів AgI у воду переходять переважно йони Ag+, оскільки вони сильніше гідратуються, ніж йони йоду. В результаті цього поверхня AgI буде мати деякий надлишок негативних йонів йоду, які будуть визначати потенціал поверхні, тобто потенціалвизначальних йонів (ПВЙ). Ці йони будуть нейтралізовані надлишком катіонів Ag+ у водному шарі (протийонів). Якщо ж у воду додати добре розчинний AgNO3, то збільшується електрохімічний потенціал йонів аргентуму. Внаслідок цього з поверхні AgI у воду будуть переходити переважно йони йоду і поверхня солі зарядиться позитивно (внаслідок надлишку йонів Ag+), а йодид-іони будуть виступати як протийони. Іноді такий процес переходу йонів одного знаку з одної фази в іншу розглядають як автоадсорбцію (адсорбцію однойменних йонів). Для визначення заряду поверхні використовують правило Фаянса-Паннета, згідно з яким структуру кристалічної гратки можуть добудовувати тільки ті йони, які входять до її складу.
2. Згідно з другим механізмом утворення ПЕШ відбувається завдяки вибірковій адсорбції йонів, що не входять до складу речовин, які утворюють фази, тобто в результаті адсорбції сполук-домішок. Наприклад, додавання в систему метал – вода розчину натрій хлориду призводить до вибіркової адсорбції хлорид-іонів на поверхні металу, в результаті чого з’являється надлишковий негативний заряд на поверхні металу й надлишковий позитивний заряд (йони натрію) в пограничному шарі розчину, тобто на міжфазній поверхні утворюється ПЕШ.
При адсорбції в цій же системі йоногенних поверхневоактивних речовин, які здатні дисоціювати на йони, на поверхні металу адсорбуються переважно органічні йони (внаслідок їх більших розмірів), а неорганічні йони (протийони) формують ПЕШ зі сторони водної фази, оскільки сильніше з нею взаємодіють.
3. Якщо міжфазна поверхня утворена речовинами, нездатними обмінюватися зарядами, то ПЕШ може утворюватися завдяки орієнтуванню полярних молекул спряжених фаз в результаті їх взаємодії. В цьому полягає третій механізм утворення ПЕШ.
За таким механізмом утворюється ПЕШ також в результаті адсорбції недисоційованих полярних молекул, що знаходяться в розчині.
В такому випадку, коли в формуванні ПЕШ не беруть участі електроліти, для визначення знаку заряду на поверхні можна скористатися правилом Кена:
З двох контактуючих фаз позитивно заряджається та, яка має більшу діелектричну проникність.
Саме тому багато речовин, які знаходяться в контакті з водою і мають дуже велику діелектричну проникність, заряджаються негативно.