Дисперсные системы. Лиофобные дисперсные системы (часть 2)

Август 8, 2022

Главная
Физика
Дисперсные системы. Лиофобные дисперсные системы (часть 2)

Содержание

2. Молекулярно-кинетические свойства свойства, обусловленные числом (концентрацией) частиц, участвующих в тепловом движении. В истинных растворах - числом
3. Изобретение ультрамикроскопа (1903) позволило непосредственно наблюдать движение отдельных коллоидных частиц и связать интенсивность движения с размером
4. Молекулярно-кинетические свойства (общие): диффузия, осмотическое давление, понижение давления пара над раствором, изменение температур кипения и замерзания
5. Осмос -движение растворителя через мембрану в направлении выравнивания концентраций Осмотическое давление В истинных растворах Росм =
6. Ск моль коллоидных частиц в единице объема системы число частиц (моль) общее число частиц n mед
7. Диффузия распространение вещества вследствие теплового движения его частиц. Ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому
8. Броуновское движение частиц обусловлено беспорядочными ударами молекул дисперсионной среды (жидкости или газа).
9. Связь среднеквадратичного сдвига частицы с коэффициентом диффузии А. Эйнштейн, 1905 г. М. Смолуховский, Выполнимость этого уравнения
10. Седиментация –оседание частиц В состоянии равновесия F тяж = F сопр (вязкость), скорость оседания u =
11. Седиментационный анализ – определение размера (массы) частиц по скорости оседания Скорость u - путь, пройденный частицей
12. частицы r 1мкм оседают в поле силы тяжести на несколько см за сутки, в центрифуге –
13. F cопр F центр Седиментационный анализ в центробежном поле Позволяет разделять и анализировать частицы с r
15. Соотношение скорости оседания dx/dτ к ускорению ω2x называют коэффициентом седиментации: Соотношение скорости оседания dx/dτ к ускорению
16. Вследствие оседания на дне сосуда концентрация частиц увеличится, а в верхней части уменьшится. Гипсометрический закон Лапласа
17. 380- 450 620- 760 нм 450- 480 480- 500 500- 560 560- 590 590- 620 λ
18. отражение света поверхностью частиц если а > λ 380- 450 620- 760 нм 450- 480 480-
19. прохождение света через систему если а (менее 10 нм = низкомолекулярные растворы = дисперсионная среда, малая
20. поглощение света Частицы могут абсорбировать (поглощать) или весь падающий свет или его часть. Воспринимается оставшаяся часть
21. рассеяние света - изменение направления световой волны если а ≈ λ . высоко- и среднедисперсные системы
22. В высоко- и среднедисперсной системе падающий свет распределяется на три части: поглощенный, рассеянный и прошедший Падающий
23. Характерные проявления оптических свойств дисперсных систем опалесценция, эффект Тиндаля, окраска окраска определяется рассеянием света (если нет
24. Опалесценция переливчатое свечение, наблюдается при боковом освещении. Связано с рассеянием света
25. Эффект Тиндаля John Tyndall При освещении коллоидного раствора сбоку пучком света наблюдается яркий светящийся след —
26. Эффект Тиндаля в воздушной среде
27. Интенсивность рассеяния света уравнение Рэлея Iрас — интенсивность рассеянного света ; I0 — интенсивность падающего света;
28. Измеряя Iрас можно экспериментально определить концентрацию C или их размер d Нефелометрия . Приборы, применяемые для
29. Лучше рассеивается короткая (красная)часть спектра
30. Оптические методы исследования дисперсных систем Оптический микроскоп Разрешающая способность (различимое расстояние между точками) : λ —
31. Ультрамикроскоп Каждая частица отмечается наблюдателем как светящееся пятнышко на темном фоне На высокодисперсную систему сбоку направляют
32. Richard A. Zsigmondy Properties of colloids Nobel Lecture, December 11, 1926 Even in prehistoric times the
33. Электронный микроскоп (теоретически) на практике 0,2-0,3 нм Длина волны электрона 5 ∙ 10-11м. Ход лучей в
34. Просвечивающие электронные микроскопы
35. Сканирующий электронный микроскоп Принцип работы : сканирование поверхности образца электронным пучком, анализ отраженных от поверхности частиц
37. Скачать презентацию

Слайд 2

Молекулярно-кинетические свойства
свойства, обусловленные числом (концентрацией) частиц, участвующих в тепловом движении.
В

истинных растворах - числом молекул или ионов

В дисперсных системах - числом частиц дисперсной фазы

размеры частиц в ДС (и молекул ВМС) много больше размеров обычных молекул,
они двигаются медленнее;
связанные с движением молекулярно-кинетические свойства менее выражены.

Слайд 3

Изобретение ультрамикроскопа (1903) позволило непосредственно наблюдать движение отдельных коллоидных частиц и

связать интенсивность движения с размером частиц
*
Молекулярно-кинетические свойства ДС – важнейший раздел коллоидной химии.
«зримый отблеск мира молекулярного хаоса» (В. Оствальд).

Слайд 4

Молекулярно-кинетические свойства (общие):
диффузия,
осмотическое давление,
понижение давления пара над раствором,
изменение

температур кипения и замерзания

+ проявление в дисперсных системах
броуновское движение,
седиментация

Слайд 5

Осмос -движение растворителя через мембрану в направлении выравнивания концентраций
Осмотическое давление
В

истинных растворах Росм = СRT
С – молярная концентрация растворенного вещества (моль/м3)
В коллоидных растворах Росм = СкRT
Ск – молярная концентрация частиц (моль частиц/м3)

Слайд 6

Ск моль коллоидных частиц
в единице объема системы
число частиц (моль)
общее

число частиц n

mед
масса частицы

Vед
объем частицы

Cмасс массовая концентрация

При равных Смасс
Pосм определяется размерами частиц. При укрупнении частиц (коагуляция) Pосм уменьшается

Слайд 7

Диффузия
распространение вещества вследствие теплового движения его частиц. Ведёт к равномерному

распределению вещества по всему занимаемому им объёму (к выравниванию химического потенциала).

Коэффициент диффузии

D — коэффициент диффузии (м2/c)
η — вязкость дисперсионной среды,
r — радиус частицы

Слайд 8

Броуновское движение частиц обусловлено беспорядочными ударами молекул дисперсионной среды (жидкости или

газа).

Слайд 9

Связь среднеквадратичного сдвига частицы с коэффициентом диффузии
А. Эйнштейн, 1905 г.
М.

Смолуховский,

Выполнимость этого уравнения показали опыты Ж. Б. Перрена,
что явилось экспериментальным подтверждением количественной теории броуновского движения и доказательством существования атомов и молекул.

Ж. Б. Перрен

Слайд 10

Седиментация –оседание частиц
В состоянии равновесия
F тяж = F сопр (вязкость),
скорость

оседания u = const

(через массу частицы)

(через радиус частицы)

ρ и ρ0 — плотности частиц и среды

Слайд 11

Седиментационный анализ – определение размера (массы) частиц по скорости оседания
Скорость u

- путь, пройденный частицей (высота) h, деленный на время оседания τ.
Измеряя время, за которое частица оседает под действием силы тяжести на фиксированную высоту, можно вычислить размер отельных частиц.
В поле силы тяжести определяются частицы 1-100мкм

Слайд 12

частицы r 1мкм оседают в поле силы тяжести на несколько см

за сутки,
в центрифуге – несколько см за секунды

Лабораторная центрифуга
500-3000 об/мин

Ультрацентрифуга Optima L100 XР
100 000 об/мин
802 400 g

Слайд 13

F cопр
F центр
Седиментационный анализ в центробежном поле
Позволяет разделять и анализировать частицы

с r менее 100 нм, включая макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, липидов и др.

ω2x – ускорение
ω = 2πν угловая скорость
ν частота вращения (оборотов в секунду).

Слайд 14

Слайд 15

Соотношение скорости оседания dx/dτ к ускорению ω2x называют коэффициентом седиментации:
Соотношение скорости

оседания dx/dτ к ускорению ω2x называют коэффициентом седиментации:

Соотношение скорости оседания dx/dτ к ускорению ω2x называют коэффициентом седиментации:

Отношение скорости оседания dx/dτ к ускорению ω2x
называют коэффициентом седиментации:

Коэффициент седиментации — важнейшая характеристика, используемая при определении молекулярной массы полимеров и белков:

Theodor Svedberg.

1 S (Сведберг) = 10-13 с

Слайд 16

Вследствие оседания на дне сосуда концентрация частиц увеличится, а в верхней

части уменьшится.
Гипсометрический закон Лапласа — Перрена

Седиментационная устойчивость – устойчивость к оседанию

Диффузия

h1/2- гипсометрическая высота
на которой концентрация частиц уменьшается в 2 раза

Слайд 17

380-
450
620-
760 нм
450-
480
480-
500
500-
560
560-
590
590-
620
λ
Оптические свойства дисперсных систем Взаимодействие дисперсной системы со светом

Слайд 18

отражение света поверхностью частиц
если а > λ
380-
450
620-
760 нм
450-
480
480-
500
500-
560
560-
590
590-
620
λ
т.е. если

а > 760 нм
грубодисперсные системы

Слайд 19

прохождение света через систему
если а << λ
(менее 10 нм = низкомолекулярные растворы

= дисперсионная среда,
малая концентрация частиц дисперсной фазы)

Слайд 20

поглощение света
Частицы могут абсорбировать (поглощать) или весь падающий свет или его

часть. Воспринимается оставшаяся часть спектра.

• Объект кажется красным, когда поглощено зеленые и синее излучение.
• Объект кажется желтым, когда поглощено синее излучение.

Слайд 21

рассеяние света - изменение направления световой волны если а ≈ λ . высоко-

и среднедисперсные системы

Оптические свойства коллоидных систем отличаются
как от свойств грубодисперсных систем,
таки от свойств истинных растворов низкомолекулярных веществ.
Отличия связаны с рассеянием света

Слайд 22

В высоко- и среднедисперсной системе падающий свет распределяется на три части:

поглощенный, рассеянный и прошедший

Падающий
I0

Поглощенный Iпогл

Прошедший
Iпр

Рассеянный
Iрас
(I – интенсивность светового потока )

золь

Слайд 23

Характерные проявления оптических свойств дисперсных систем
опалесценция,
эффект Тиндаля,
окраска
окраска определяется

рассеянием света (если нет поглощения света )
поглощением (адсорбцией) света.

Слайд 24

Опалесценция
переливчатое свечение,
наблюдается при боковом освещении.
Связано с рассеянием света

Слайд 25

Эффект Тиндаля
John Tyndall
При освещении коллоидного раствора сбоку пучком света

наблюдается яркий светящийся след — конус Тиндаля, или эффект Тиндаля).

в случае низкомолекулярного раствора жидкость кажется оптически пустой

Эффект связан с рассеянием света

Слайд 26

Эффект Тиндаля в воздушной среде

Слайд 27

Интенсивность рассеяния света
уравнение
Рэлея
Iрас — интенсивность рассеянного света ;
I0 —

интенсивность падающего света;
λ — длина волны падающего света;
n1 и n2 — показатели преломления дисп. среды и дисп. фазы;
V — объем одной частицы (V = πd3/6);
с — массовая концентрация,
ρ — плотность частиц дисперсной фазы.

Строго –
для a ≤ 0,1λ

Слайд 28

Измеряя Iрас можно экспериментально определить концентрацию C
или их размер d

Нефелометрия .
Приборы, применяемые для измерения интенсивности рассеянного света Iрас — нефелометры.

Слайд 29

Лучше рассеивается короткая (красная)часть спектра

Слайд 30

Оптические методы исследования дисперсных систем Оптический микроскоп
Разрешающая способность (различимое расстояние между

точками) :
λ — длина волны;
n — показатель преломления среды;
α — угол между крайними лучами, попадающими в объектив.
А = n sin(α/2) - числовая апертура объектива. А≈1-1.5
S> 100 нм - среднедисперсные системы

Слайд 31

Ультрамикроскоп
Каждая частица отмечается наблюдателем как светящееся пятнышко на темном фоне
На высокодисперсную

систему сбоку направляют с луч света и с помощью обычного микроскопа наблюдают рассеянный отдельными частицами свет

Слайд 32

Richard A. Zsigmondy
Properties of colloids
Nobel Lecture, December 11, 1926
Even in prehistoric

times the peoples must have become familiar with the properties of colloidal solutions and with their changes. The curdling of milk and the clotting of blood were certainly known to our oldest ancestors.
Colloids have appeared, though sometimes only temporarily, also in chemical operations as carried out by the alchemists, the iatro-chemists and the classical chemists.
Even in the Middle Ages the properties of "aurum potabile" were ob- served, and of works of the older chemists of the classical period mention may be made of only one investigation by the Swedish scientist Carl Wil- helm Scheele who was at the time the greatest of them all and who described in his work Om Brunsten eller magnesia nigra not only the discovery of three elements and their compounds, but also a colloidal solution of manganese dioxide in hydrochloric acid with the following words:
"Nar Salt-syran statt ofver Brunsten uti kolden, bekom hon en dunkel rod- brun farg (par. 6, a). Emedan Brunstenen, utan at forbinda sig med phlogis- ton, icke gifver nagon farg-los solution, sa foljer, att Salt-syran kan losa honom utan detta principium: Men en sadan solution har antingen en bla eller rod farg (par. 14, No.4). Fargen ar har mera brun an rod; orsaken ar, at i denna roda solution de aldra finaste delar af Brunsten simma, hvilka icke sa latt sjunka; ty utom dessa fina partiklar, ar denna solution rod, och rodt blan- dadt med svart, gor brunt. Brunsten har har fastat sig sa lost vid Acidum salis, at vatten kan praecipitera honom, och detta praecipitat forhaller sig som ordi- nair Brunsten. Da nu blandningen af Brunsten och Spiritus salis sattes i di- gestion, upkom frasning ock lukt af Aqua regis (par. 6, b)."
For the benefit of the reader who might not understand the Swedish text I give here the translated extract from the German translation of the Pro- ceedings of the Royal Swedish Academy of Sciences from Neueste Entdeck- kungen in der Chemie (Latest discoveries in chemistry), by D.L. Crell, Vol. 1, page 127, Weygandsche Buchhandl., Leipzig, 1781:

Слайд 33

Электронный микроскоп
(теоретически)
на практике 0,2-0,3 нм
Длина волны электрона 5 ∙ 10-11м.
Ход лучей в

целом такой же, как в обычном микроскопе,
а роль оптических стеклянных или кварцевых линз в нем выполняют электромагниты. Получаемое изображение фиксируется на экране.

Слайд 34

Просвечивающие электронные микроскопы

Слайд 35

Сканирующий электронный микроскоп
Принцип работы :
сканирование поверхности образца электронным пучком,
анализ отраженных

от поверхности частиц и возникающего излучения

трехмерный эффект воспроизведения рельефа образца

Дисперсные системы. Лиофобные дисперсные системы (часть 2)

Содержание

Молекулярно-кинетические свойства свойства, обусловленные числом (концентрацией) частиц, участвующих в тепловом движении.В

Изобретение ультрамикроскопа (1903) позволило непосредственно наблюдать движение отдельных коллоидных частиц и

Молекулярно-кинетические свойства (общие): диффузия, осмотическое давление, понижение давления пара над раствором,изменение

Осмос -движение растворителя через мембрану в направлении выравнивания концентраций Осмотическое давлениеВ

Ск моль коллоидных частиц в единице объема системы число частиц (моль)общее

Диффузия распространение вещества вследствие теплового движения его частиц. Ведёт к равномерному

Броуновское движение частиц обусловлено беспорядочными ударами молекул дисперсионной среды (жидкости или

Связь среднеквадратичного сдвига частицы с коэффициентом диффузии А. Эйнштейн, 1905 г.М.

Седиментация –оседание частицВ состоянии равновесия F тяж = F сопр (вязкость),скорость

Седиментационный анализ – определение размера (массы) частиц по скорости оседанияСкорость u

частицы r 1мкм оседают в поле силы тяжести на несколько см

F cопрF центрСедиментационный анализ в центробежном полеПозволяет разделять и анализировать частицы

Соотношение скорости оседания dx/dτ к ускорению ω2x называют коэффициентом седиментации:Соотношение скорости

Вследствие оседания на дне сосуда концентрация частиц увеличится, а в верхней

380-450620-760 нм450-480480-500500-560560-590590-620 λ Оптические свойства дисперсных систем Взаимодействие дисперсной системы со светом

отражение света поверхностью частиц если а > λ 380-450620-760 нм450-480480-500500-560560-590590-620 λ т.е. если

прохождение света через системуесли а << λ (менее 10 нм = низкомолекулярные растворы

поглощение света Частицы могут абсорбировать (поглощать) или весь падающий свет или его