10/3.Для коагуляции 10 -3 золя гидроксида алюминия требуется 10 мл раствора сульфата алюминия с концентрацией 0,01 кмоль/м3. Определите порог коагуляции золя.

Порог коагуляции золя определяется по формуле с_пк=(с_элV_эл1000)/V_з; Дано: с_эл=0,01 кмоль/м³ V_эл=10мл V_з=10^-3 м³ _, учитывая, что 1л=10^-3 м³=10³ см³ с_пк=(0,01·10³ моль/м³ ·10^-2 л·1000)/1л=10⁵ ммоль/м³

12/1. Основные классификации: по дисперсности, агрегатному состоянию вещества, структуре, межфазному взаимодействию. Получение дисперсных систем.

Дисперсная система-это гетерогенная система, одна из фаз которой представляет собой непрерывную дисперсионную среду, а другие фазы равномерно распределены в ней в виде мелких частиц. В дисперсной системе выделяют непрерывную дисперсионную среду и дисперсионную фазу. Агрегатное состояние вещества в разных фазах может быть любым: жидким, твердым, газообразным. Основными признаками дисперсионного состояния являются гетерогенность, дисперсность и высокая поверхностная энергия у частиц дисперсной фазы.

Классификация по дисперсности: Дисперсность (радробленность) до размеров частиц от 10^-7 до 10^-1 см. Количественными характеристиками дисперсности служат удельная поверхность S_уд. и степень дисперсности D.

Классификация по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды: г/г (атмосфера Земли), ж/г (туманы пар, облака) т/г (порошки, табачный дым,ткани,нити) г/ж (мыльная пена, пивная пена) ж/ж (молоко, майонез, кремы) т/ж (дисперсии в водах, бактерии, пасты) г/т (хлеб, пористые тела в газе, сыр, силикагель) ж/т (растения, яичница, кисели) т/т (минералы, сплавы, уголь). Также различают свободнодисперсные и связнодисперсные системы

Свободнодисперсные хар-ся тем, что в них отдельные частицы дисперсной фазы не связаны между собой и могут независимо перемещаться в дисперсионной среде под влиянием теплового движения и силы тяжести. Они обладают свойствами, характерными для любых жидкостей вязкостью, текучестью и т.д. Примеры: лиозоли, разбавленные эмульсии и суспензии, аэрозоли. Среди пищевых продуктов –молоко, сметана, напитки и др.

Связнодисперсные явл-ся структурированными системами. Частицы дисперсной фазы в них связаны молекулярными силами и образуют в дисперсионной среде пространственные сетки или структуры. К типичным структурированным системам можно отнести высококонцентрированные эмульсии, слежавшиеся порошки, гели (дисперсные системы, полученные из плохо растворимых осадков в результате возникновения и упрочнения связей между отдельными частицами), студни. Гели представляют собой твердые или твердообразные вещества.

Классификация по способности частиц дисп. фазы взаимодействовать с растворителем. Если р-ль вода, то системы наз-ся гидрофильными, если р-ль спирт – алкофильными, бензол – бензофильными; в общем случае – лиофильные, если частицы дисперсной фазы не взаимодействуют с р-лем – лиофобные.

Классификация по виду частиц дисперсной фазы.Одномерная-дисперсность опре-ся лишь одним размером, а два других размера показывают габариты тела (тонкие пленки). Двухмерная – дисперсность опре-ся двумя измерениями размеров частиц дисп. фазы (волокна, нити, капилляры, поры). Трехмерная – дисперсность опред-ся тремя измерениями частиц дисп. фазы.(тверд. частицы,капли, пузырьки газа)

Получение дисперсных систем. Делятся на две группы: методы первой – диспергирование (измельчение) твердых частиц, в методах второй – вещество дисперсной фазы получается в результате химической или физической конденсации из систем с более высокой степенью дисперсности (растворов, газов, паров).Промежуточное место занимает пептизация. Условия для получения коллоидных систем 1)малая растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде; 2) наличие в дисперсионной среде веществ, которые могут стабилизировать образующиеся коллоидные частицы.

12/2.Пены. Способы получения пен. Строение и свойства пены. Пена – лиофобная дисперсная система с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой. Условно обозначают г/ж и г/т. Пены можно отнести как к грубодисперсным так и к микрогетерогенным системам. Грубодисперсными они считаются с учетом значительных размеров объема газовой фазы. Микрогетерогенность пен связывают с микроразмерами пленок, образующих газовую оболочку.

Конфигурация пен бывает разной. Бывают пены из почти сферических пузырьков, разделенных толстыми пленками жидкости. А чаще всего бывают полиэдрические(более устойчивые). Пузырьки газа разделены тонкими прослойками жидкой дисперсионной среды(показано серым цветом).В зоне соприкосновения трех пленок (трех соприкасающихся пузырьков) образуется канал Плато, куда и выдавливается жидкость. В каждой вершине ячейки сходятся четыре канала, образуя угол 109º28´. Место пересечения каналов называется узлом. Каналы пронизывают всю структуру пены, составляя цельную систему, которая в разрезе напоминает соты.Такая конструкция хар-ся минимальной поверхностной энергией и явл-ся поэтому более устойчивой. При хранении пузырек пены может изменять размеры, становиться больше за счет слияния с другими или вовсе лопаться.

Получение пены. Жидкие пены получают в присутствии стабилизатора при пропускании газа через раствор или при технологическом процессе, связанном со встряхиванием, бурным перемешиванием либо выделением газа в результате химических реакций. Для получения твердых тел чаще всего применяют методы вспенивания и пеносушки. Вспенивание выполняют в жидкой фазе. При снижении давления или повышении температуры растворимость газа в ней падает и он бурно выделяется. В присутствии пенообразователя возникает обильная пена. Подобный процесс происходит при открывании бутылки пива. Твердая пена получается если пенообразователь полимеризуется, превращаясь в твердое вещество. Пеносушка состоит в приготовлении вспененной массы с одновременным сублимационным высушиванием продукта. Образование пены ускоряет процесс сушки, т.е. переход жидкой фазы в твердую.

12/3. Приведите реакцию получения золя сульфида кадмия. Запишите формулу полученной мицеллы. укажите составные части мицеллы и поясните, как они согласуются со строением двойного электрического слоя.

Na₂S+ Сd(NO₃)₂=CdS↓+2NaNO₃ если Cd(NO)₃ в избытке, то частица будет заряжена положительно, строение мицеллы может быть представлено {[m CdS] nCd²⁺(2n-x) NO₃^-}xNO₃^- , стабилизатор ионы Cd²⁺

если Na₂S в избытке, то частица заряжена отрицательно, строение мицеллы может быть представлено стабилизатор – ионы S^2-

{[m CdS] nS^2- (2n-x) Na⁺ } xNa⁺

1) (2) (3) (4)

агрегат адсорбционный диффузный

слой слой

агрегат(1)- мельчайший кристаллик, состоящий из некоторого количества молекул нерастворимого в дисперсионной среде вещества; ядро- квлючает агрегат(1) и потенциалопределяющие ионы(2), входящие в адсорбционный слой (ионы стабилизатора); частица – включает ядро и противоионы (3) адсорбционного слоя; мицелла - включает частицу и противоионы (4) диффузного слоя. Предсказать возможные варианты формул мицеллы можно на основе представлений об образовании на поверхности агрегата ДЭС по модели Гельмголца-Гуи-Штерна. Плотная часть ДЭС является с одной стороны, адсорбционным слоем, с другой- слоем ионов, сообщающих заряд поверхности коллоидной частицы. Адсорбцию ионов на кристаллических поверхностях можно прогнозировать с помощью правила Панета-Пескова-Фаянса. На поверхности кристаллического агрегата энергично адсорбируются из окружающего раствора ионы, способные достраивать кристаллическую решетку или образовывать с противоположно заряженными ионами крист. поверхности малораств. соед.,т.е. ионы одинаковые или изоморфные с ионами, находящимися на поверхности кристалла.В соответствии с ДЭС адсорбционный слой образуют сольватированные или частично десольватированные ионы, а диффузный слой Гуи – сольватированные ионы конечных размеров. В связи с этим в формулу мицеллы иногда включают воду.

13/1. Поверхностные явления как результат межфазного взаимодействия. Классификация поверхностных явлений: адсорбция, абсорбция, капиллярная конденсация, адгезия, когезия, смачивание поверхностей. Поверхностное натяжение.

Среди поверхностных явлений выделяют: фазовые переходы, на границе раздела фаз; контактные взаимодействия; сорбцию; смачивание.

Фазовые переходы возникают при изменении термодинамических условий существования системы. Процесс заключается в переходе вещества из одной фазы в другую. Поскольку любая фаза ограничена некоторой поверхностью, фазовый переход протекает на границе раздела фаз. Стержневой характеристикой фазового перехода является температура, при которой он происходит. Значение температуры фазового перехода зависит от степени дисперсности частиц дисперсной фазы. Для сферических частиц температура фазового перехода можно оценить: 11Equation Section 1

где Т_∞ и Т_д- температуры фазового перехода недиспергированного и диспергированного веществ соответственно; Vм- мольный объем; ∆Н_ф.п. –тепловой эффект фазового перехода; r- радиус частиц дисперсной фазы. К контактным взаимодействиям относят адгезию(прилипание), когезию, и аутогезию. Адгезия – сцепление приведенных в контакт разнородных тел(фаз). Одна из фаз,адгезив, представляет собой клеящее вещество (в основном в жидком состоянии),другая, субстрат, это тело(ж или т), на поверхность которого наносят адгезив. Причиной адгезии м/б как межмолекулярное взаимодействие так и образование химических связей. Когезия определяет связь между частицами (молекулами, атомами, ионами)внутри тела в пределах одной фазы. Причиной когезии явл-ся межмолек. взаимод-е внутри однородного тела. Поэтому когезия- это мера прочности тела, его способности противостоять разрыву. Аутогезия характеризует взаимодействие отдельных твердых частиц. На практике аутогезия проявляется при контакте между частицами сыпучих материалов (сахар-песок, мука и др.), вызывая их комкование. Сорбция заключается в самопроизвольном поглощении одного вещества(сорбтива) другим веществом (сорбентом). Она включает след. явления: абсорбцию(объемное концентрирование), адсорбцию (перераспределение компонентов системы между поверхностным слоем и объемной фазой или поверхностное концентрирование), капиллярную конденсацию (сжижение паров в порах сорбента); смачивание – поверхностное явление, близкое по характеристикам к адгезии, оно проявляется в самопроизвольном взаимодействии смачивающей жидкости с поверхностью тв. тела или другой жидкости. Объединяющими признаками названных явлений явл-ся то, что они происходят на межфазных поверхностях, обладающих значительной избыточной энергией, которая при опр. усл-ях может доминировать в изменении энергии в целом. Это положение становится очевидным при анализе осн. ур-я термодинамики, записанного для изменения энергии Гиббса для гетерогенных процессов (с учетом вкладов разл. видов энергии):

dG = -SdT + Vdp + σds + Σμ_idn_i + φdq ,где G-энергия Гиббса, S-энтропия, T-температура, V-объем, p-давление, σ-поверхностное натяжение,s-площадь,μ_i-химический потенциал компонента i, n_i –число молей компонента i, φ-электрический потенциал, q-количество электричества. Составляющие этого ур-я σds-пов-я энергия, Σμ_idn_i –массовая энергия определяют величину свободной энергии в целом ты другими учеными (Л.Д.ии в дисперсных системах.ких явлений в дисперсных системах. важность, а значит, и характер процесса, который можно оценить, исходя из принципа термодинамики: «любой процесс протекает самопроизвольно, если уменьшается полная энергия системы» Поэтому поверхностные явления, устойчивость или разрушение зависят от соотношений этих видов энергии.

Поверхностное натяжение-термодинамическая характеристика поверхности раздела фаз, определяемая как работа обратимогог изотермического образования единицы площади поверхности раздела фаз. σ = W/s, где σ – коэффициент пов-го натяжения, W –работа, затрачиваемая на образование (разрушение) поверхности, s – площадь поверхности раздела фаз. Поверхностное натяжение можно выразить как частную производную от любой термодинамической функции по площади межфазной границы при постоянных термодин-х параметрах, опред-х условия процесса. Для чистой жидкости σ=(ΔG)/(Δs). Эта формула раскрывает физ. смысл пов-го натяжения, которое прдставляется как энергия образования единицы поверхности тела, состоящего из чистого вещества.