- •Дмитрів а. М., Стецьків а. О., Леочко н. С. Колоїдна хімія Навчальний посібник
- •Івано-Франківськ – 2011
- •Передмова
- •Розділ 1 поверхневі явища
- •Теоретичні відомості
- •Сорбційні процеси і їх класифікація
- •Приклади розв’язування задач
- •Заняття №1
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Адсорбція спиртів на межі вода повітря Інформаційна частина
- •Поверхневий натяг води при різних температурах
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №2
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Адсорбція ацетатної кислоти на вугіллі Інформаційна частина
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 2 фізико-хімія дисперсних систем
- •Методи одержання колоїдно-дисперсних систем
- •Диспергаційні методи одержання дисперсних систем
- •Конденсаційні методи одержання колоїдних систем
- •Приклади розв’язування задач
- •Заняття №3
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Перелік питань, які виносяться на змістовий модуль 3
- •Лабораторна робота Одержання колоїдних розчинів Експериментальна частина.
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №4
- •Теоретична частина
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Визначення розмірів частинок дисперсної фази методом турбідиметрії
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №5 Тема: Електричні властивості колоїдних розчинів. Будова колоїдної міцели. Електрокінетичні явища.
- •Теоретичні відомості
- •Завдання для самостійної позааудоторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Визначення електрокінетичного потенціалу ліофобного золю
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №6
- •Теоретична частина
- •Завдання для самостійної позааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №7
- •Теоретична частина
- •Колоїдні поверхнево-активні речовини
- •Завдання для самостійноїпозааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Самостійна робота на занятті
- •Лабораторна робота Седиментаційний аналіз суспензії
- •Експериментальна частина Реактиви та обладнання: порошок Al2o3; дистильована вода; циліндр на 100 см3; торсійні терези; скляна паличка. Методичні вказівки
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 3 високомолекулярні сполуки
- •Приклади розв’язування задач
- •Заняття №8
- •Завдання для самостійноїпозааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Питання для самоконтролю
- •Заняття №9
- •Завдання для самостійноїпозааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
- •Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
- •Ііі. Розв’язати задачі
- •Самостійна робота на занятті
- •Експериментальна частина
- •Методичні вказівки
- •Обробка результатів
- •Питання для самоконтролю
- •Перелік питань, які виносяться на модуль 2 «колоїдна хімія»
- •Банк тестових завдань з колоїдної хімії
- •1. Поверхневі явища
- •2. Загальна характеристика дисперсних систем, методи Їх одержання та очистки
- •3. Молекулярно-кінетичні властивості дисперсних систем (броунівський рух, дифузія. Осмотичний тиск). Седиментація. Оптичні властивості дисперсних систем
- •4. Електрокінетичні властивості колоїдних систем. Будова міцели
- •5. Стійкість і коагуляція. Колоїдний захист
- •6. ГРубодисперсні системи: аерозолі, суспензії, емульсії, порошки, піни
- •7. Колоїдні пар. Ккм
- •8. Високомолекулярні речовини та їх розчини
- •Засоби контролю знань студентів
- •Значення найважливіших фундаментальних сталих
- •Перелік літератури Основна література
- •Додаткова література
- •76018, М. Івано-Франківськ, вул. Галицька, 2.
Завдання для самостійноїпозааудиторної роботи і. Засвоїти основний матеріал навчальної програми
Класифікація грубодисперсних систем.
Властивості аерозолів і порошків. Використання у медицині і фармації.
Емульсії. Їх класифікація. Властивості і застосування.
Характеристика пін. Типи пін. Використання.
Суспензії. Їх класифікація. Властивості і застосування.
Ступінь дисперсності та полідисперсності.
Основи седиментаційного аналізу і його завдання.
Колоїдні ПАР та їх класифікація.
Причини міцелоутворення у розчинних ПАР. Критична концентрація міцелоутворення (ККМ).
Солюбілізація і її застосування у фармації?
Іі. Дати письмові відповіді на контрольні запитання
Які переваги аерозольної лікарської форми?
Порівняйте кінетичну та агрегатну стійкість суспензій з відповідними характеристиками ліофобних колоїдів.
Що називається ступенем дисперсності системи?
Приведіть графіки осідання для моно-, бі- та полідисперсної системи і поясніть хід цих кривих.
Що є метою седиментаційного аналізу?
Дайте формулювання законів Стокса та Архімеда
Як визначити ККМ у колоїдних ПАР?
Самостійна робота на занятті
1. Виконання тестових завдань.
2. Виконання лабораторної роботи.
3. Обговорення висновків та оформлення протоколу.
4. Захист протоколу.
Лабораторна робота Седиментаційний аналіз суспензії
Інформаційна частина
У мікрогетерогенних системах, позбавлених броунівського руху, частинки дисперсної фази осідають або спливають (якщо ρ < ρ0).
Якщо рух потоку частинок в рідкому або газоподібному середовищі ламінарний і може бути описаний рівнянням Стокса, то вимірювання швидкості осідання (спливання) частинок дає можливість визначити розмір частинок. На сферичну частинку з радіусом r і густиною ρ, що вільно осідає в дисперсійному середовищі, густина якого ρ0 і в'язкість η, діє сила тяжіння f яка дорівнює власній вазі частинки:
(2.12)
де g – прискорення сили тяжіння.
Під впливом сили тяжіння частинка у в'язкому середовищі рухається рівномірно-прискорено. Водночас із силою тяжіння на частинку діє сила опору середовища F, яка за законом Стокса дорівнює:
(2.13)
де υ – швидкість седиментації; η – в'язкість середовища.
Спочатку частинка рухається прискорено, бо при малих швидкостях сила тяжіння перевищує силу тертя. При збільшенні швидкості руху сила тертя зростає і в деякий момент урівноважує силу тяжіння, внаслідок чого частинка починає рухатися із сталою швидкістю:
(2.14)
З рівняння (2.14) знаходимо швидкість седиментації:
(2.15)
Отже, швидкість сферичної частинки, яка вільно рухається під впливом сили тяжіння, прямо пропорційна квадрату її радіуса і обернено пропорційна в'язкості дисперсійного середовища. Швидкість руху частинки можна знайти з відношення шляху h до часу τ, за який цей шлях був пройдений, і, підставивши дані в рівняння (2.15), обчислити радіус частинки:
(2.16)
Якщо в рівнянні (2.16) величина
тобто є величиною сталою для даної системи і умов досліду, то
(2.17)
Рівняння (2.17) вірне для частинок з розміром 10–7–10–4 м.
На практиці дисперсну систему характеризують розподілом частинок за розмірами і фракціями (вміст дисперсної фази в заданих інтервалах радіусів частинок). Такий аналіз полідисперсності одержав назву седиментаційного аналізу.
Він складається з одержання кривої седиментації, тобто залежності маси осаду m дисперсної фази, яка осіла до певного часу, від часу осадження τ. Для монодисперсної системи (з частинками одного розміру) така залежність є лінійною:
де Q – загальна маса дисперсної фази; H – початкова висота стовпа дисперсної системи.
Усі реальні дисперсні системи полідисперсні (частинки дисперсної фази мають різні розміри), і тому швидкість осідання різна для різних фракцій: крупні частинки осідають швидше, малі – повільніше. Тому крива седиментації вигнута до осі ординат (рис 2.7, 2.8).
Тангенси кута нахилу дотичних в даних точках кривої седиментації визначають швидкості седиментації відповідних фракцій частинок. Знаючи швидкість осадження частинок окремих фракцій, за рівнянням (2.17) можна розрахувати їх розміри (радіуси). Загальна кількість дисперсної фази, яка осіла до довільного моменту часу τ1, виразиться рівнянням
(2.18)
τ1 τ | |
Рис. 2.7. Крива седиментації монодисперсної системи |
Рис. 2.8. Крива сидементації полідисперсної системи |
Величина Q1 визначається відрізком, який відсікається на осі ординат дотичною до кривої седиментації в точці τ1, і характеризує масу частинок у фракції, які повністю випали в осад до моменту часу τ1. Оскільки радіус частинок, які пройшли за час τ1 усю висоту стовпа Н дисперсної системи, то Q1 – це маса частинок системи з r ≥ r1. Член (dm/dτ)τ1 характеризує масу частинок з r ≤ r1, які осіли до моменту часу τ1. Як правило, визначають відносну масу частинок дисперсної фази, які осіли (в % від загального вмісту дисперсної фази в системі). В цьому випадку mнайб = 100%, а величини Q1 і Q2 є процентними вмістами фракцій з радіусом відповідно r ≥ r1, r ≥ r2 і так далі. Таким чином, можна побудувати інтегральну криву розподілу частинок за їх розмірами – залежність Q % від r. Загальний вигляд кривої зображений на рис. 2.9, а.
Рис. 2.9. Інтегральна (а) і диференційна (б) криві розподілу частинок за радіусом
Інтегральна крива дозволяє визначити процентний вміст фракцій. Наприклад, для фракції, яка містить частинки розміром від r1 до r2, вона дорівнює ΔQ1 = Q2 – Q1.
Більш наочне представлення про розподіл частинок в дисперсній системі за розмірами дає диференційна крива розподілу, яка є залежністю ΔQ/Δr (в межі dQ/dr) від радіусу частинок r (рис. 2.9, б).
Для її побудови можна використати інтегральну криву, визначаючи збільшення ΔQ для серії фракцій Δr, або криву седиментації, визначаючи ΔQ як відрізки, що відсікаються сусідніми дотичними на осі ординат, наприклад, ΔQ1 = Q2 – Q1. Для знаходження Δr = r2 – r1 необхідно визначити радіус частинок, які осіли до моменту часу τ1 і τ2. Максимум на диференційній кривій відповідає найбільш характерному для системи радіусу частинок. Щоб знайти за кривою розподілу процентний вміст частинок з радіусом від r1 до r2, треба взяти відношення площі, заштрихованої на рисунку, до площі під усією кривою і помножити на 100.
Для проведення седиментаційного аналізу полідисперсних систем використовують різного типу седиментометри. У седиментометрі Фігуровського (рис. 2.10) до пружного скляного або кварцового плеча прикріплена на скляній нитці з крючком чашечка, на якій накопичується осад.
Рис. 2.10. Седиментатор Фігуровського |
При дисперсному аналізі високодисперсних систем або систем з малою різницею густини частинок дисперсної фази і дисперсійного середовища седиментацію проводять у відцентровому полі з використанням центрифуги.