Поверхностные явления и дисперсные системы (коллоидная химия)

1. Лекции – 34 ч.

7(9) лаб. работ

коллоквиумы(отчеты)

4. Экзамен (Зачет).

на ЭВМ +
беседа с преподавателем

Рейтинговая оценка знаний студентов

1. Понятие о дисперсности, дисперсных системах и поверхностных явлениях. Классификация дисперсных систем.
2. Характерные особенности дисперсных систем. Цель и задачи изучения дисциплины ПЯДС.
3. Поверхностные явления и их классификация. Поверхностное натяжение и поверхностная энергия.
4. Термодинамика поверхностных явлений. Характеристика межфазной поверхности. Два метода оценки поверхностного слоя.
5. Энергетические параметры поверхности, их зависимость от температуры.
6. Общая характеристика адсорбции. Абсолютная (А) и гиббсовская (Г) адсорбции.
7. Адсорбционное уравнение Гиббса, его вывод.
8. Поверхностная активность. Классификация веществ по поверхностной активности. Правило Дюкло-Траубе.
9. Общая характеристика ПАВ, их классификация и применение.
10. Мицеллярные растворы ПАВ как лиофильные системы. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). Солюбилизация.
11. Строение адсорбционных слоев. Предельная адсорбция. Определение размеров молекул.
12. Явления смачивания. Равновесие на трёхфазной границе. Уравнение Юнга.

Список рекомендуемой литературы

Основатель науки – Томас Грэм (1805–1869),
английский ученый, его работы заложили
основы коллоидной химии.
В 1861 году он сформулировал Коллоидную химию
как науку.

Современное определение коллоидной химии дал видный российский ученый П. А. Ребиндер (1898-1972). Коллоидная химия − это физическая химия поверхностных явлений и дисперсных систем, или просто: «Поверхностные явления и дисперсные системы»

Коллоидная химия является одновременно фундаментальной и прикладной наукой

Основоположниками отечественной коллоидной химии являются
И.Н. Буланкин, Ю.С. Липатов, А.Б. Думанский, Н.П. Песков, Б.В. Дерягин, П.А. Ребиндер и др.

Введение

Дисперсные системы − это двух- или, в общем случае, многофазные гетерогенные системы, в которых хотя бы одна из фаз представлена малыми частицами, размеры которых, однако, превосходят молекулярные.

(1)

(2)

Реальный мир, окружающий нас, состоит из дисперсных систем. Сыпучие и пористые материалы, почва, суспензии, пасты, пены, эмульсии, кожа, ткани, бумага, продукты питания − все это дисперсные системы, которые являются объектами изучения данной науки. Поэтому науку о дисперсных системах и поверхностных явлениях часто называют физической химией реальных тел.

Гетерогенность
(поверхность раздела)

Поверхностные явления

Поверхностная
энергия

Раздробленность
(огромная поверхность)

Различные поверхностные явления: смачивание, капиллярность, адсорбция, использование поверхностно-активных веществ, коагуляция, седиментация и другие лежат в основе таких технологических процессов, как флотация, отстаивание, фильтрация, гранулирование, брикетирование, сушка, а также при решении задач охраны окружающей среды (очистка сточных вод, улавливание промышленных выбросов).
Дисперсные системы являются объектами химической, а так же фармацевтической, парфюмерной, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности, производства строительных материалов (бетон, керамика, сплавы, полимеры и т.д.).

Дисперсность (мера – удельная поверхность Sуд)

Удельная поверхность - это суммарная поверхность всех частиц в единице объема или единице массы вещества.
Чем мельче частицы дисперсной фазы, тем больше удельная поверхность системы.

Два признака дисперсных систем

(3);

(4);

где S – общая поверхность между фазами; V – объем дисперсной фазы; ρ – плотность дисперсной фазы

Куб

(3’)

(4’)

S=6l2

V = l3

=>

=>

где r – радиус шара;
N – число частиц в системе.

Таким образом в обоих случаях:

где L – длина,
h – высота,
l –толщина пленки

S=2Lh

V=Lhl

К = 6 - трехмерные (частицы)
К = 4 - двухмерные (поры, капилляры)
К = 2 - одномерные (пленки, мембраны)

В общем случае:

(5);

GSуд = σ (поверхностное натяжение) :

GS = GSуд ∙S;

GS = σ ⋅ S

Стабилизатор → образование ДЭС

Стабилизатор

Потенциалопределяющие ионы
(внутренняя обкладка ДЭС)

Противоионы
плотного
(адсорбционного) слоя

Противоионы
диффузного
слоя

⏐←⎯⎯ мицелла ⎯⎯⎯→⏐
⏐←⎯⎯ частица ⎯⎯→⏐

ядро