- •Билет №1
- •1. Конденсационные методы получения лиофобных дисперсных систем.
- •2. Особенности адсорбции ионов и молекул из растворов на твердой поверхности.
- •3. Реология
- •4. Сравните давление насыщенного пара над одинаковыми по размерам каплями воды и пропилового спирта.
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - ВеСl2, в - nh4oh, с - Be(oh)2
- •Билет 2
- •1. Диспергационные методы получения лиофобных дисперсных систем.
- •2. Межфазная поверхность, ее силовое поле. Поверхностное натяжение как характеристика этого поля
- •3. Что Вы знаете о структурообразовании в дисперсных системах и типах дисперсных структур?
- •4. Сравните давление насыщенного пара над каплями эквиконцентрированных водных растворов уксусной и масляной кислот (радиусы капель одинаковы). Ответ обоснуйте.
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А: k2CrO4, b: AgNo3, c: Ag2CrO4
- •1. Седиментационный анализ суспензий и эмульсий.
- •2. Поверхностная активность. Экспериментальное определение, изменение в гомологических рядах, работа адсорбции.
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - Na2 SiO3, в - hCl, с - h2SiO3
- •Билет 4
- •1. Смачивание и растекание:
- •2 Метод избыточных величин Гиббса и метод слоя конечной толщины
- •3. Дайте определение поверхностной активности и поясните выражение «понятие поверхностной активности относительно». Как экспериментально оценить поверхностную активность?
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А (NaCl), в (kh2SbO4), с (NaH2SbO4).
- •Билет 5
- •1. Седиментационный анализ в центробежном поле как метод оценки размеров коллоидных частиц и макромолекул полимеров.
- •2. Адсорбция и ее характеристики. Теории полимолекулярной адсорбции.
- •3. Что такое аэрозоли? Чем обусловлены их специфические свойства и как их разрушают?
- •4. С каким коллоидно-химическим явлением в организме человека связано чувство жажды? Охарактеризуйте это явление и его особенности в коллоидных системах по сравнению с истинными растворами.
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - CaCl2, в - h2so4, с - CaSo4
- •Билет 6
- •1. Диффузия и ее особенности в коллоидных системах. Уравнение Эйнштейна.
- •2. Лиофильные коллоидные системы. Условия образования и свойства.
- •3. Изобразите изотермы поверхностного натяжения водных растворов метиламина и пропиламина и покажите, как от них можно перейти к изотермам адсорбции. Изобразите изотермы адсорбции этих веществ.
- •4. Как различаются осмотические давления апельсинового сока а) с мякотью, б) без мякоти. Ответ обоснуйте
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А – CaCl2, в - h2so4, с - CaSo4
- •Билет 7
- •1. Изотерма адсорбции Лэнгмюра.
- •2. Устойчивость дисперсных систем. Основы теории длфо.
- •3. Приведите на одном рисунке изотермы поверхностного натяжения пив и пав а)немицеллообразующего , б) мицеллообразующего, в) ионогенного немицеллообразующего.
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - CaCl2, в - h2so4, с - CaSo4
- •Билет 8.
- •1. Уравнение адсорбции Гиббса и его естественно-научное и философское значение.
- •2. Диффузионно-седиментационное равновесие и его использование для анализа д исперсных систем.
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - k3(Fe(cn)6), в - AgNo3, с - Ag3(Fe(cn)6)
- •6. Изобразите графически изменение ζ-потенциала для золя MnO2 (стабилизатор Na2s2o3) при добавлении к нему электролитов NaCl, AgNo3, kMnO4, Na2s2o3 .
- •Билет 9.
- •1. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации пав. Уравнение Шишковского, физический смысл его констант и методы их определения.
- •2. Образование и строение двойного электрического слоя на границе раздела фаз.
- •3. Что Вы знаете о критических эмульсиях и микроэмульсиях?
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из рас - творов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - k2so4, в - Ba(ch3coo)2, с - BaSo4
- •Билет 10.
- •2. Уравнение двухмерного состояния вещества в адсорбционном слое. Основные типы поверхностных пленок.
- •3. Как можно определить важнейшие характеристики молекул пав: площадь поперечного сечения и длину?
- •5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - Na 2SiO3, в - AgNo3, с - Ag2SiO3
5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля с, полученного из растворов веществ а и в в случае избытка вещества а или в. А - CaCl2, в - h2so4, с - CaSo4
Реакция: CaCl2+ H2SO4 = CaSO4 + 2HCl
В первом случае(избыток А): {m[CaSO4]nCa2+2(n-x)Cl-}2x+2xCl-
В избытке B: {m[CaSO4]nSO42-2(n-x)H+}2x-2xH+
6. Имеются электролиты K2SO4, NaNO3, Ca(NO3)2, способные вызвать коагуляцию золя, полученного при взаимодействии избытка KBr с AgNO3. Как соотносятся пороги коагуляции данного золя, этими электролитами? Изобразите графически как изменяется ζ-потенциал при увеличении концентрации каждого из электролитов.
KBrизб+AgNO3=AgBr↓+KNO3
{[mAgBr]nBr-(n-x)K+}x-xK+
Порог коагуляции:
K 2SO4≥NaNO3>Ca(NO3)2
Билет 8.
1. Уравнение адсорбции Гиббса и его естественно-научное и философское значение.
Рассмотрим вывод уравнения Гиббса, предложенный Ребиндером
Если деформировать поверхность раздела фаз двухкомпонентной системы, то затраченная работа складывается из работы по созданию новой поверхности и работы по распределению компонентов между поверхностным слоем и объемами фаз:
.(Механическая работа и Химическая работа)
Поверхность разрыва эквипотенциальна по растворителю (Г1 = 0), зн: .
Продифференцируем по μ:
. Запишем левую часть полученного уравнения в виде: . Величина , как производная энергии по количеству вещества, соответствует химическому потенциалу и выражает изменение поверхностной энергии с увеличением адсорбции растворенного вещества.
; – термодинамическое уравнение адсорбции Гиббса.
Это уравнение характеризует равновесие м-ду объемными фазами и новым слоем при пост темп-ре.
В состоянии равновесия между объемными фазами и поверхностным слоем:
, т.е. можно несколько условно сказать, что минимуму свободной энергии системы на единицу площади поверхности (при заданной величине адсорбции Г) соответствует равновесие между «механическими» и «химическими» силами, т.е. между стремлением системы к уменьшению поверхностной энергии за счет концентрирования в поверхностном слое некоторых веществ и невыгодностью такого концентрирования из-за возрастания их химического потенциала.
Процессы адсорбции в коллоидных системах идут в сторону самопроизвольного увеличения градиента концентрации веществ на межфазной поверхности. Такие с истемы в процессе диспергирования способны совершать полезную работу за счет градиента хим. потенциала.
Для достаточно разбавленных растворов:
.
; – уравнение Гиббса для разбавленных растворов.
Уравнение Гиббса было проверено экспериментально на веществах, для которых Г › 0 и Г ‹ 0.
Вещества, для которых Г › 0, снижают σ – это ПАВ, поверхностно-активные вещества;
вещества, для которых Г ‹ 0, повышают σ, но незначительно – это ПИВ, поверхностно-инактивные вещества; вещества, которые не влияют на σ – поверхностно неактивные вещества (ПНВ).
2. Диффузионно-седиментационное равновесие и его использование для анализа д исперсных систем.
Оседание частиц создает градиент концентрации частиц: их концетрация при приближении ко дну заметно увеличивается. Соответственно, возникает диффузионный поток Iдиф, направленный противоположно потоку седиментации Iсед, т. е. к верху пробирки.
, где ν – концентрация частиц ДФ.
, где h – высота.
Каков же результат конкуренции этих двух потоков? Возможны три варианта:
, т. е. , т. е.
Чтобы выполнилось это неравенство, значения Т и должны быть малы, а (ρ-ρо) и ν – велики. В реальных условиях эти параметры заметно изменить сложно, а радиус частиц в дисперсной системе изменяется в широком интервале: от 10-9 до 10-4 м и именно радиус частиц является определяющим. Установлено, что данное неравенство соблюдается, когда r ≥ 10-5 м. В этих случаях диффузией можно пренебречь, идет быстрая седиментация – система является седиментационно неустойчивой.
, т. е. , т. е.
Это условие должно выполнятся, когда Т и велики, а (ρ-ρо) и ν – малы. Но и здесь решающую роль играет радиус частиц. Установлено, что это неравенство выполняется при r ≤ 10-7 м. В этом случае можно пренебречь седиментацией, диффузия приведет к равномерному распределению частиц по всему объему сосуда. Дисперсная система является седиментационно устойчивой.
, т. е. , т. е.
В системе имеет место диффузионно-седиментационное равновесие. Оно может наступить в золях через определенное, иногда очень длительное время. Так как такое равновесие наступает при определенном градиенте концентраций, в системе должно установиться соответствующее распределение частиц дисперсной фазы по высоте. После интегрирования и разделения переменных получим:
– гипсометрический закон распределения частиц (закон Лапласса-Перрена-Больцмана), характеризующий распределение частиц по высоте в условиях диффузионно-седиментационного равновесия и позволяющий определить молекулярные массы частиц:
,
где М – молярная масса коллоидной частицы.
В этом случае система является седиментационно-устойчивой, но распределение частиц в ней не равномерное, а равновесное. Это распределение наблюдается, когда 10-7 ‹ r ‹ 10-5 м, т. е. седиментационно-диффузионное равновесие устанавливается для микрогетерогенных систем. Историческое значение соответствующего уравнения заключается в том, что с его помощью впервые в истории науки было найдено значение важнейшей константы молекулярно-кинетической теории – число Авогадро. Он может быть получен как кинетич, так и термодинамическим путём.
Закон аналогичен барометрической формуле Лапласа для газов в атмосфере. Перрен в своих классических опытах с суспензией частиц гуммигута с известным радиусом r путем подсчета под микроскопом числа частиц на двух различных уровнях определил по этому уравнению значение NA = 6,7∙1023, весьма близкое к современному. Это соответствие найденного значения NA со значениями, полученными независимыми методами, показывает, что для коллоидных систем справедливы законы молекулярно-кинетической теории.
3. Что такое удельная поверхность адсорбента и как ее можно определить? удельная поверхность адсорбента -усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) адсорбента. Для расчёта удельная поверхность адсорбента используют Теория БЭТ: Согласно этой теории каждый адсорбционный центр sх связывает несколько молекул адсорбента Х, образуя цепочки:
.
Уравнение, описывающее адсорбцию, выглядит следующим образом:
, где ; Кр – константа адсорбции; КL – константа конденсации.
Для нахождения констант этого уравнения на основании экспериментальных данных строят график:
. Это уравнение работает только в интервале , в котором предполагается отсутствие взаимодействия между цепочками адсорбированных молекул.
При – большая степень заполнения, возникают боковые взаимодействия между молекулами.
При – малая степень заполнения, на величину адсорбции сильно влияют энергетические неоднородности поверхности.
теория имеет практическое значение, т. к. можно определить удельную поверхность адсорбента. , где sо – площадь, занимаемая молекулой адсорбата.
Величина а∞ зависит от энергетической равноценности поверхности и наличия пор.
Для характеристики адсорбента используется понятие «пористость» П:
.
4. Какое отношение имеет минерал «драгоценный опал» к коллоидной химии? Для коллоидной химии опал- это дисперсии, обладающие анизотропными областями с хорошо выраженной периодичностью в расположении ориентированных относительно друг друга коллоидных частиц.
Опал SiО2•nН2О – типичный твердый минеральный гель.Характерно проявление опалесценции — известный эффект Тиндаля: при прохождении светового пучка сквозь мутную среду со взвешенными частицами, размер которых составляет 0,1—0,2 длины волны падающего света, при взгляде сбоку на темном фоне появляется светлый (голубоватый) конус — так называемый "конус Тиндаля"