- •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
3. Реология
Реология - это наука, формулирующая правила и законы обобщённого рассмотрения механического поведения твёрдо- и жидкообразных тел. Основным методом реологии является рассмотрение механ. свойств на конкретных идеальных моделях. Объектами реологии являются полимеры (расплавы, р-ры), дисперсные системы (пены, эмульсии, суспензии, порошки, пасты), металлы и сплавы, нефтепродукты и т.д.
Полная реологическая кривая мало концентрированной дисперсной системы с анизометричными частицами:
γ – эффективная относительная деформация сдвига
τ – скорость течения (напряжение сдвига)
ηэф = τ/γ
Пояснение: При малых скоростях деформации эффективная вязкость максимальна, затем она постепенно падает до некоторого максимального значения, не изменяющегося при дальнейшем увеличении скорости и соответствующего течению системы с полностью ориентированными в потоке частицами.
4. Сравните давление насыщенного пара над одинаковыми по размерам каплями воды и пропилового спирта.
Поверхностное натяжение воды гораздо больше, чем у пропилового спирта. На молекулы поверхностного слоя воды действует бОльшая сила со стороны окружающих молекул за счет водородных связей, и поэтому они удерживаются сильнее. У пропилового спирта также имеются водородные связи, но их гораздо меньше, чем у воды, вследствие чего, его молекулы легче покидают поверхностный слой. Таким образом, давление насыщенного пара над водой будет меньше, чем над пропиловым спиртом.
Для более точного решения можно воспользоваться уравнением Кельвина:
М – молярная масса, кг.
r – радиус капли, м.
- давление насыщенного пара над плоской поверхностью, Па.
- пов. натяжение, Дж/м2
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
ВеСl2 + 2NH4OH = Be(OH)2 + 2NH4Cl
Избыток А: {m[Be(OH)2] nBe2+ 2(n-x)Cl-}2x+ *2xCl-
Избыток В: {m[Be(OH)2] nOH- (n-x)NH4+}x- *xNH4+
6. Порог коагуляции гидрозоля SnS (стабилизатор Na2S) может принимать следующие значения: а) 0,3 моль/л; б) 0,03 моль/л; в) 0,003 моль/л. Поясните, какому из электролитов – Ba(NO3)2 , AlCl3, K2SO4, Mg(CH3COOH)2 – соответствует каждое значение порога коагуляции.
а) 0,3 моль/л - K2SO4;
б) 0,03 моль/л - Ba(NO3)2 , Mg(CH3COOH)2;
в) 0,003 моль/л - AlCl3.
Т. к. по правилу Шульце – Гарди: порог коагуляции тем меньше, чем больше валентность коагулирующего иона. В нашем случае катиона.
Билет 2
1. Диспергационные методы получения лиофобных дисперсных систем.
Для того, чтобы получить коллоидный раствор или золь, необходимо выполнить два условия: 1) создать в жидкости твердые или жидкие нерастворимые частицы коллоидной степени дисперсности; 2) обеспечить устойчивость этих частиц, предохранив их от слипания друг с другом (от коагуляции), т. е. стабилизировать систему. Стабилизация коллоидных систем может производиться путем введения в систему нового компонента – стабилизатора, который адсорбируется на поверхности коллоидных частиц и придает частицам заряд и/или образует защитную оболочку.
С вободнодисперсные системы (порошки, суспензии, эмульсии, золи) можно получить двумя способами: диспергированием и конденсацией.
Диспергирование основано на получении из сплошного и крупного по размерам тела 3 более мелких частиц дисперсной фазы 2.
Конденсация, напротив, связана с укрупнением частиц 1, в том числе и частиц молекулярных размеров, до частиц определенного класса дисперсных систем 2.
Мы даже не подозреваем, что во многих процессах происходит возникновение и разрушение дисперсных систем.
Диспергирование может быть самопроизвольным и несамопроизвольным.
Самопроизвольное диспергирование характерно для лиофильных систем.
Несамопроизвольное диспергирование характерно для лиофобных систем. Здесь процесс диспергирования осуществляется за счет внешней энергии.
Несамопроизвольное диспергирование бывает:
- механическое
- физическое (диспергирование ультразвуком, электрическими методами)
- физико-химическое (пептизация).
Механическое диспергирование в зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы:
- измельчение, истирание, раздавливание и т. д.;
- распыление;
- барботаж.
Измельчение проводят в мельницах различной конструкции, например в шаровых (а) или коллоидных (б) мельницах.
В шаровых мельницах получают частицы размером 6·104 нм при сухом помоле и менее 103 нм при мокром; в коллоидных – 100 нм и менее.
Измельчением получают системы типа т/г, т/ж, распылением – ж/г, ж/ж, барботажем – г/ж.
Разрушение материалов в процессе диспергирования может быть облегчено при использовании эффекта Ребиндера – адсорбционного понижения прочности твердых тел. Этот эффект заключается в уменьшении поверхностной энергии с помощью поверхностно-активных веществ.
Диспергирование ультразвуком высокой частоты эффективно лишь в том случае, если диспергируемое вещество обладает малой прочностью. При действии на суспензию ультразвука возникают механические колебания (порядка нескольких тысяч в 1 с), которые разрывают частицы на более мелкие. Таким путем получают органозоли хрупких металлов, гидрозоли серы, графита, гидроксидов металлов, различных полимеров и т. п.
При диспергировании в электрических аппаратах избыток электрических зарядов сообщается распыляемой жидкости, и в результате отталкивания одноименных зарядов происходит дробление жидкости на капли.
К физико-химическому диспергированию относится метод пептизации. Пептизацией называют переход осадков под действием пептизаторов в состояние коллоидного раствора. Пептизировать можно только “свежие” (свежеприготовленные) осадки, в которых частицы коллоидного размера соединены в более крупные агрегаты через прослойки ДС. По мере хранения осадков происходят явления рекристаллизации и старения, приводящие к сращиванию частиц друг с другом, что препятствует пептизации.
Слева - аморфные сферические частицы свежего золя гидроокиси алюминия
Справа - кристаллические частицы золя того же вещества по истечении 2-3 месяцев после приготовления золя
Различают пептизацию:
адсорбционную;
диссолюционную;
промывание осадка растворителем
Получение золя бромида серебра адсорбционной пептизацией.
Приготовим осадок бромида серебра AgBr:
AgNO3 + KBr → AgBr↓ + KNO3
свежий осадок
Возьмем избыток AgNO3 (который играет роль пептизатора) => образуется золь, структурная единица дисперсной фазы которого называется мицеллой. Как происходит образование мицеллы??? Ионы Ag+ (потенциалопределяющие ионы) адсорбируются на поверхности частиц осадка AgBr, заряжая их положительно, к положительно заряженной поверхности образовавшегося ядра мицеллы притягиваются ионы противоположного знака – противоионы (ионы NO3-). Часть этих ионов, составляющая адсорбционный слой, прочно удерживается у поверхности ядра за счет электростатических и адсорбционных сил. Ядро вместе с адсорбционным слоем составляет коллоидную частицу. Остальные противоионы связаны с ядром только электростатическими силами. Эти противоионы образуют диффузный слой. Наличие заряда у коллоидных частиц приводит к их отталкиванию и обеспечивает устойчивость золя.
Диссолюционная пептизация отличается от адсорбционной только отсутствием в готовом виде электролита-пептизатора. Рассмотрим на примере получения золя гидроксида железа.
FeCl3 + NH4OH → Fe(OH)3↓ + NH4Cl – получили свежий осадок, который помещаем на фильтр и осторожно добавляем HCl:
Fe(OH)3 + HCl → FeOCl + 2H2O
Образовавшийся FeOCl является электролитом – пептизатором. Далее происходят такие же процессы, как и при адсорбционной пептизации с образованием мицелл:
{[mFe(OH)3]·nFeO+·(n-x)Cl-}x+·xCl-.
Метод промывания осадка растворителем используется, если осадок получен при значительном избытке одного из реагентов. Большая концентрация ионов в растворе вызывает сжатие двойного электрического слоя. Ионы диффузного слоя проникают в адсорбционный, в результате заряд коллоидной частицы становится равным 0 и происходит агрегация частиц:
{[mFe(OH)3]·nFe3+·3nCl-}0.
После промывания осадка растворителем мицеллы будут иметь вид:
{[mFe(OH)3]·nFe3+·3(n-x)Cl-}3x+·3xCl-.