4.Что такое термодинамический и электрокинетический потенциалы?

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ - полный скачок потенциала между твердой фазой и раствором, соответствует работе перемещения грамм-эквивалента ионов из объема раствора на поверхность.

Э ЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ - потенциал на границе скольжения, определяемый свободными противоионами (образующими диффузный слой) и соответствующий работе перемещения грамм-эквивалента ионов из объема раствора на плоскость скольжения.

Между ядром и раствором возникает полный электрический потенциал или термодинамический (фи)-потенциал. Это – разность потенциалов, созданных всеми положительными и отрицательными зарядами мицеллы. Другой потенциал, называемый электрокинетическим, или (дзета)-потенциалом, существует между слоем ионов адсорбционного слоя и диффузного слоя. Электрокинетический потенциал назван так потому, что диффузный слой подвижен и может смещаться при движении мицеллы. Этот потенциал составляет часть термодинамического потенциала и всегда меньше его.

Слой ионов вокруг агрегата образуется за счет электростатического взаимодействия и химических связей с ионами агрегата. Это прочный и плотный слой, сохраняющийся при изменении условий существования гранулы (если, конечно, дисперсная система не разрушается). Адсорбционный слой противоионов вокруг ядра образуется также за счет электростатического взаимодействия с ионами потенциалобразующего слоя и благодаря взаимодействиям типа сил Ван-дер-Ваальса. Это плотный слой, и ионы в нем закреплены довольно прочно. Ионы диффузного слоя не закреплены прочно и могут смещаться и даже отрываться от гранулы в электрическом поле или при движении мицеллы.

Электрокинетический потенциал снижается по мере удаления от поверхности гранулы (или твердого тела). На  -потенциал влияет концентрация ионов в растворе. При увеличении концентрации ионов -потенциал уменьшается за счет перехода части ионов диффузного слоя в адсорбционный слой или благодаря замене ионов с зарядом одного знака на ионы с зарядом другого знака.

Добавление ионов, особенно многозарядных, может привести к их адсорбции в таких количествах, что произойдет перезарядка гранулы и изменение знака электрокинетического потенциала. Когда все противоионы находятся в адсорбционном слое,  -потенциал становится равным нулю. Подобное состояние называется изоэлектрическим состоянием (изоэлектрической точкой).

С увеличением концентрации ионов электрокинетический потенциал уменьшается, проходит через изоэлектрическую точку, изменяет знак и снова увеличивается. В изоэлектрическом состоянии электрокинетический потенциал равен нулю, и в этом состоянии дисперсные системы наименее устойчивы, частицы укрупняются, выпадают в осадок, и из ядра, играющего роль кристаллического зародыша, вырастает кристалл.

5) МИЦЕЛЛА - коллоидно-химический комплекс, состоящий из частицы и двойного ионного слоя. В растворахповерхностно-активных веществ - агрегат из длинноцепочечных дифильных молекул или ионов ПАВ, образующийся самопроизвольно при определенной концентрации, зависящей от природы полярной группы и, особенно, от длины цепи молекул. В водных растворах ассоциация части молекул (ионов) происходит в результате сцепления цепей, в неводных (неполярных) средах - за счет полярных (функциональных) групп.

Мицеллы (уменьшительное от лат. mica — частица, крупинка) — частицы в коллоидных системах, состоят из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя. Например, мицелла сульфида мышьяка имеет строение:

{(As₂S₃)_m•nHS⁻•(n-x)H⁺}^x-•хН⁺

Средний размер мицелл от 10⁻⁵ до 10⁻⁷см.

6)Метод замены растворителя.

Канифоль или сера растворяются в этиловом спирте, образуя истинный раствор. В

воде канифоль и сера практически нерастворимы, поэтому при добавлении воды к

спиртовому раствору канифоли происходит конденсация молекул последней в более

крупные агрегаты, стабилизатором являются продукты окисления.

Диализ – метод отделения коллоидов от примесей электролитов заключается в

том, что коллоидный раствор с примесями отделяется от чистого растворителя

полупроницаемой перегородкой. Ионы проходят через эту перегородку в

растворитель до тех пор, пока устанавливается равновесие концентраций этих

ионов по обе стороны перегородки.

7 )ЗОЛИ высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. Частицы дисперсной фазы золя вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды наз. мицеллами. Пептизацией называют дробление рыхлых осадков, в которых имеются отдельные частицы дисперсной фазы, разделенные прослойками дисперсной среды. Их непосредственному соприкосновению мешают либо ДЭС, либо сольватные оболочки, имеющие на поверхности частицы. Как первая, так и вторая причина обеспечивают отталкивание частиц на близких расстояниях, тогда как на более дальних преобладают силы межмолекулярного притяжения, не дающие частицам разойтись за счет теплового движения.

Перевести таки осадки в коллоидный раствор можно тремя способами: адсорбционной пептизацией за счет электролита пептизатора (увеличивается заряд поверхности); пептизация путем промывания осадка применяется тогда, когда на поверхности частиц в осадке есть ДЭС, но он сжат, так как концентрация электролита достаточно большая. При промывании такого осадка водой концентрация электролита в нем уменьшается, диффузная часть ДЭС увеличивается и частицы переходят в раствор.

8)КОАГУЛЯЦИЯ - явление сближения, слипания частиц дисперсной фазы в дисперсной системе под влиянием любых внешних или внутренних сил, в результате чего дисперсная система разделяется на две непрерывные фазы. Коагуляция может происходить при нагревании, замораживании, интенсивном перемешивании, пропускании электрического тока, добавлении электролитов или других каких-либо веществ. В любом случае коагуляция связана с нарушением стабилизирующего двойного ионного слоя или адсорбционно-сольватного слоя стабилизатора.Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора хлопьевидного осадка или к застудневанию. Коагуляция — естественный, самопроизвольный процесс расслаивания коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду. Таким образом дисперсная система стремится достигнуть состояния минимальной энергии.

9) Коагуляция идет с заметной скоростью лишь при концентрации электролита, превышающей некоторое критическое значение, называемое порогом коагуляции ск. Выше этой концентрации (в области медленной коагуляции) скорость коагуляции растет с ростом концентрации, пока не достигнет некоторого предела, после которого (в области быстрой коагуляции) перестает зависеть от концентрации электролита. Очевидно, что области быстрой коагуляции соответствует полная дестабилизация частиц дисперсной фазы. Сопоставление коагулирующего действия электролитов с их влиянием на электрокинетические свойства показало, что порог коагуляции соответствует уменьшению электрокинетического потенциала примерно до 30 мВ, тогда как приближение к области быстрой коагуляции ведет к падению z-потенциала до весьма малых значений. Уже из этого факта можно сделать вывод, что именно электростатическое отталкивание коллоидных частиц ответственно за устойчивость таких гидрозолей. По эмпирическому правилу Шульце-Гарди порог коагуляции определяется в основном валентностью противоионов: отношение порогов коагуляции одно-, двух- и трёхвалентных противоионов приближенно равно 1:0,016:0,0013 (соответственно отношение обратных величин — коагулирующих способностей равно 1:60:700).

Вместе с тем, наряду с общим уменьшением порога коагуляции с ростом валентности противоионов наблюдаются более слабые различия коагулирующих способностей ионов одной валентности — так называемые лиотропные ряды ионов, — связанные с различием их поляризуемости и гидратируемости.

10)Прохождение света через коллоидную систему вызывает три оптических эффекта: поглощение, отражение и рассеивание лучей. в отличие от молекулярных и ионных растворов, которые не имеют поверхности раздела фаз и оптически однородны, коллоидные растворы рассеивают свет.

Это проявляется опалесценцией в виде голубоватого матового свечения при освещении боковым светом. При пропускании параллельного пучка света через коллоидный раствор наблюдается конус рассеянного света – эффект Тиндаля. Опалесценция (светорассеяние) наблюдается только тогда, когда длина световой волны больше размера частицы дисперсной фазы. Если длина световой волны много меньше диаметра частицы, происходит отражение света, проявляющееся в мутности. С опалесценцией внешне сходна, флуоресценция, характерная для истинных растворов некоторых красителей. Она заключается в том, что раствор при наблюдении в отраженном свете имеет иную окраску, чем в проходящем, и в нем можно видеть такой же конус Тиндаля, что и в типичных коллоидных системах. Однако по существу это совершенно различные явления. Опалесценция возникает в результате рассеяния света, при этом длина волны рассеянного света та же, что и падающего. Флуоресценция же представляет собой внутримолекулярное явление, заключающееся в селективном поглощении молекулой вещества светового луча и в трансформировании его в световой луч с другой, большей длиной волны.

11) Седиментационный основан на зависимости скорости осаждения однородных частиц от их размеров. Грубодисперсные системы изучают методомседиментации в гравитационном поле, а тонкодисперсные и коллоидно-дисперсные - методомседиментации в центрифуге и в ультрацентрифуге.

В вязкой и плотной среде при седиментации частица движется под действием силы тяжести в гравитационном поле. Сила сопротивления среды, действующая на сферическую частицу, зависит от ее размера, скорости движения, вязкости среды и характеризуется числом Рейнольдса

, (2.2.9)

где r – радиус частиц; U – скорость движения; r1,h – плотность и вязкость среды.

12) Проведение седиментометрического анализа основано на том, что по мере оседания частиц их масса на чашке увеличивается вначале быстро, так как, прежде всего, оседают наиболее тяжелые частицы, затем все медленнее. При этом каждая фракция считается монодисперсной.

По данным взвешивания осадка получают кривую седиментации, которая выражает зависимость количества осадка q от времени осаждения  . Для монодисперсной системы (рис. 1, а) угол наклона прямолинейного участка кривой определяется скоростью оседания частиц и связан с их размером.

Точка перегиба позволяет определить время полного оседания суспензии  1, которое в свою очередь, дает возможность найти скорость оседания частиц  , где h – высота столба суспензии над чашкой весов.

13) К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки.

Микрогетерогенные системы также рассматривают в курсе коллоидной химии, поскольку они имеют много общего с типичными коллоидными системами. Общность свойств определяется тем, что для обеих групп характерны высокоразвитая поверхность раздела и все особенности, с нею связанные

Микрогетерогенные системы, как и коллоидные, и все другие тела, обладают определенными механическими свойствами: вязкостью, во многих случаях пластичностью, упругостью и пластической прочностью. Эти свойства связаны со структурой подобных систем и их часто называют структурно-механическими

14) Эму́льсия (новолат. emulsio, от лат. emulgeo — дою, выдаиваю) — дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой.Эмульсин классифицируют либо по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды либо по концентрации дисперсной фазы в системе.

Согласно первой классификации различают эмульсии неполярной или слабополярной жидкости в полярной (например, эмульсия масла в воде) — эмульсия первого рода, или прямые, и эмульсии полярной жидкости в неполярной (например, вода в масле) —эмульсии и второго рода, или обратные.

Эмульсин первого рода очень часто обозначают через м/в где под буквой м подразумевается масло или иная неполярная жидкость, а под буквой в — вода или другая полярная жидкость

Эмульсии второго рода обозначают соответственно через в/м. В особый класс выделяют эмульсии жидких металлов (ртути, галлия) в воде, поскольку в этом случае и дисперсная фаза, и дисперсионная среда ведут себя как полярные жидкости.