- •Многовариантные задачи по коллоидной химии
- •Составители
- •Рецензент
- •Подготовлено на кафедре
- • СПбГэу, 2016 содержание
- •Введение
- •Количественные характеристики дисперсных систем примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •2.1. Расчет поверхностного натяжения примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •2. Поверхностные явления
- •2.2. Межфазные взаимодействия. Адгезия, когезия, смачивание, растекание. Примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •2.3. Адсорбция на границе твердое тело – газ. Примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •3. Коллоидные растворы
- •3.1. Оптические свойства коллоидных растворов примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •3.2. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов. Примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •3.3. Электрокинетические свойства коллоидных растворов. Примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •3.4. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •3.5. Реологические свойства дисперсных систем. Примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •4. Растворы вмс. Примеры решения задач
- •Многовариантные задания
- •5. Растворы коллоидных пав. Методические указания к решению задач
- •Многовариантные задания
- •Литература
Количественные характеристики дисперсных систем примеры решения задач
Пример 1. В сосудах диаметр капель эмульсии масла зависит от способа приготовления и при ручном взбалтывании составляет 20 мкм, а при машинном перемешивании 4 мкм. Определить дисперсность, удельную поверхность дисперсной фазы, а также отношение этих величин, если плотность масла равна 1,1∙103 кг/м3.
Решение. Определяем дисперсность по формуле Dмаш = 1/а, где а – размер частицы, м.
Dмаш = 1/а = 1/(4∙10-6) = 2,5∙105 м-1.
Dруч = 1/а = 1/(20∙10-6) = 5∙104 м-1.
Часто удельную поверхность относят к массе m дисперсной фазы (дисперсиионной среды), и тогда нужно учитывать плотность вещества. Находим удельную поверхность по формуле : Sуд = 6/(а∙ρ), м2/кг
где ρ – плотность вещества, кг/м3.
Sудмаш = 6/(4∙10-6∙1,1∙103) = 13,6∙102 м2/кг.
Sудруч = 6/(20∙10-6∙1,1∙103) = 2,72∙102 м2/кг.
Dмаш/Dруч = 2,5∙105/5∙104 = 5; Sудмаш/ Sудруч = 13,6∙102/2,72∙102 = 5.
Пример 2. Методом механического диспергирования 5 г толуола в 1 л воды получена дисперсная система с частицами толуола шарообразной формы с радиусом 2,510-7 м. Плотность толуола равна 0,867 г/см3 .
1. Определите тип системы по всем классификационным признакам.
2. Рассчитайте дисперсность системы D и удельную поверхность Sуд .
2. Рассчитайте параметры частицы дисперсной фазы: объем V0 , поверхность S0 , массу m0 .
3. Рассчитайте общую поверхность всех частиц S и число частиц N в дисперсной системе.
Решение. 1. Определяем тип системы. По дисперсности – грубодисперсная, т.к. размер частиц попадает в интервал 10-7- 10-5 м. По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды это эмульсия, т.к. фаза и среда являются жидкостями. По наличию или отсутствию взаимодействия между частицами дисперсной фазы и частицами дисперсионной среды система – свободно-дисперсная. По степени взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды система – лиофобная (гидрофобная), т.к. практически отсутствует взаимодействие между толуолом и водой.
2. Определяем дисперсность системы D и удельную поверхность Sуд.
Удельная поверхность – межфазная поверхность, приходящаяся на единицу объема дисперсной фазы.
D = 1/а, м-1
где а – размер частицы (диаметр шара или длина ребра куба (l)).
Для шарообразной частицы а = 2r:
D = 1/(2∙2,5∙10-7) = 2∙106 м-1.
Sуд = S/V = 6D (для частиц шарообразной формы), где S – поверхность частиц, V – объем частиц. Для кубических частиц Sуд = S/V = 6l2/l3 =6/l =6D.
Sуд = 6∙2∙106 = 1,2∙107 м-1.
3. Рассчитываем параметры шарообразной частицы толуола.
V0 = 4/3πr3 = 4/3∙3,14(2,5∙10-7)3 = 6,54∙10-20 м3.
S0 = 4 πr2 = 4∙3,14(2,5∙10-7)2 = 7,85∙10-13 м2
(для кубических частиц V0 = l3 м3, S0 = 6l2 м2)
m0 = ρV0 = 0,867∙103∙6,54∙10-20 = 5,67∙10-17 кг;
ρ = 0,867 г/см3 = 0,867∙103 кг/м3.
4. Рассчитаем общую поверхность частиц S и число частиц N в дисперсной системе.
N = m/m0 = 5∙10-3/5,67∙10-17 = 8,82∙1013 шт.
S = N∙S0 = 8,82∙1013∙7,85∙10-13 = 69,2 м2.
Многовариантные задания
Задача 1
Вари-ант |
Задача |
1, 13 |
Средний диаметр частиц каолина составляет 5∙10-7 м, плотность равна 2,5 г/см3. Определить величину удельной поверхности каолина в м2/кг. |
2, 14 |
Определите средний диаметр частиц цеолита, если удельная поверхность раздела фаз равна 5,2∙104 м2/кг, плотность частиц равна 2,1∙103 кг/м3. |
3, 15 |
Определить удельную поверхность раздела фаз гидроксида кальция, средний диаметр частиц которого равен 1,7∙10-7 м, плотность равна 2,1∙103 кг/м3. |
4, 16 |
Определите средний диаметр частиц гидрозоля гидроксида железа, если удельная поверхность раздела фаз равна 4,8∙104 м2/кг, плотность частиц равна 1,1 г/см3. |
5, 17 |
Определите удельную поверхность пылевидного топлива, если известно, что его плотность равна 1,68 г/см3, а средний диаметр частиц равен 1,5∙10-3 мм. |
6, 18 |
Определите удельную поверхность силикагеля, если средний диаметр частиц диоксида кремния 2∙10-6cм, плотность частиц 2,1 г/см3 |
7, 19 |
Определите средний диаметр частиц цеолита, если удельная поверхность раздела фаз равна 5,2∙104 м2/кг, плотность частиц равна 2,1∙103 кг/м3. |
8, 20 |
Удельная поверхность силикагеля, найденная методом низкотемпературной адсорбции азота, составляет 8,3∙103 м2/кг. Плотность силикагеля 2,2 г/см3. Рассчитайте средний диаметр частиц силикагеля. |
9, 21 |
Рассчитайте удельную поверхность бензола, эмульгированного в воде, если диаметр капель бензола равен 5∙10-7 м, плотность бензола 0,858 г/см3. |
10, 22 |
Определите средний диаметр частиц гидрозоля гидроксида железа, если удельная поверхность раздела фаз равна 4,8∙104 м2/кг, плотность частиц равна 1,1 г/см3. |
11, 23 |
Вычислите удельную поверхность гидрозоля сульфида мышьяка As2S3, средний диаметр частиц которого равен 1,2·10–7 м, а плотность равна 3,43·103 кг/м3 . Ответ дайте в м–1 и в м2 /кг. |
12, 24 |
Рассчитайте средний диаметр частиц силикагеля, если его удельная поверхность равна 8,3·103 м2, а плотность = 2200 кг/м3 |
Задача 2.
Дана дисперсная система с массой дисперсной фазы m, плотностью дисперсной фазы , с частицами дисперсной фазы определенной формы и размера: r – радиус шара, l – длина ребра куба.
1. Определите тип системы по всем классификационным признакам.
2. Рассчитайте дисперсность системы D и удельную поверхность Sуд .
3. Рассчитайте параметры частицы дисперсной фазы: объем V0 , поверхность S0 , массу m0 .
4. Рассчитайте общую поверхность всех частиц S и число частиц N в дисперсной системе.
Вари- ант |
Дисперсная фаза |
Дисперсионная среда |
Форма частиц |
r(l), м |
·10-3, кг/м3 |
m, кг. |
1 |
Сера |
Вода |
Куб |
2·10-8 |
2,07 |
1 |
2 |
Платина |
Вода |
Куб |
4·10-8 |
21,4 |
2 |
3 |
Пыль угольная |
Воздух |
Шар |
8·10-5 |
1,8 |
10 |
4 |
Бензол |
Вода |
Шар |
8·10-7 |
0,86 |
5 |
5 |
Ртуть |
Вода |
Шар |
6·10-8 |
13,55 |
4 |
6 |
Пыль мучная |
Воздух |
Шар |
5·10-5 |
0,82 |
8 |
7 |
Платина |
Вода |
Куб |
9·10-9 |
21,4 |
6 |
8 |
Серебро |
Вода |
Куб |
4·10-8 |
10,5 |
0,1 |
9 |
Вода |
Воздух |
Шар |
2·10-7 |
0,997 |
5 |
10 |
Сера |
Вода |
Куб |
1·10-7 |
2,07 |
3 |
11 |
Ртуть |
Воздух |
Шар |
2·10-7 |
13,55 |
0,5 |
12 |
Золото |
Вода |
Куб |
4·10-9 |
19,3 |
1 |
13 |
Масло растительное |
Вода |
Шар |
4·10-6 |
0,92 |
4 |
14 |
Ртуть |
Вода |
Шар |
8·10-8 |
13,55 |
2 |
15 |
Пудра сахарная |
Воздух |
Шар |
6·10-5 |
0,85 |
5 |
16 |
Толуол |
Вода |
Шар |
2·10-6 |
0,87 |
0,8 |
17 |
Серебро |
Вода |
Куб |
5·10-8 |
10,5 |
7 |
18 |
Камфара |
Вода |
Шар |
1·10-6 |
0,99 |
1 |
19 |
Пыль угольная |
Воздух |
Куб |
6·10-5 |
1,8 |
8 |
20 |
Золото |
Вода |
Шар |
8·10-9 |
19,3 |
2 |
21 |
Селен |
Вода |
Шар |
2,8·10-7 |
4,28 |
0,3 |
22 |
Глина |
Вода |
Шар |
5,6·10-6 |
2,7 |
0,04 |
23 |
AgCl |
Вода |
Шар |
310-6 |
5,6 |
2 |
24 |
Al2O3 |
Вода |
Шар |
2,910-9 |
4 |
0,2 |