- •10/1. Основные разделы и методы. Содержание и задачи курса. Общенаучное и практическое значение науки о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Исторические этапы развития науки.
- •10/2.Мицеллообразование. Понятие о ккм. Строение мицелл. Мицеллы пав в водных растворах. Моющее действие мыл.
- •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.
- •12/1. Основные классификации: по дисперсности, агрегатному состоянию вещества, структуре, межфазному взаимодействию. Получение дисперсных систем.
- •13/2. Молекулярные коллоиды. Строение и свойства. Взаимодействие с растворителем.
- •14/1. Лиофобные дисперсные системы. Факторы устойчивости лиофобных систем. Быстрая и медленная коагуляция. Кинетика коагуляции по Смолуховскому, уравнение Смолуховского.
- •14/2.Приведите и охарактеризуйте основные физико-химические свойства растворов белков.
- •15/1. Аэрозоли. Способы получения и свойства аэрозолей. Факторы устойчивости аэрозолей.
- •15/2. Адсорбция и пов-тное натяжение. Связи адсорбции с параметрами системы. Изотерма адсорбции.
- •15/3. Классификация свободнодисперсных систем по размерам частиц. Лиофильные и лиофобные золи. Приведите примеры типичных мицелл, поясните их состав, в чем они одинаковы, чем различаются.
- •16/1. Метод избытков Гиббса. Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса. Гиббсовская адсорбция. Частное выражение уравнения Гиббса.
- •16/2. Эмульсии. Приведите классификации эмульсий и методы их изучения. Опишите основные физ-хим. Св-ва. Что такое обращение фаз эмульсий?
- •17/1. Поверхностная активность.Адсорбция орг.Мол-л.Правило Траубе.Понятие о пав.
- •17/2.Приведите классификацию структурир. Систем.Опишите мех-мы образ-ия и разруш-ия структурир.Систем.Что такое тиксотропия, синерезис?
- •17/3.Общая хар-ка поверхн-ой энергии.Поверхн.Эн.В общем ур-ии I и II начал термодин-ки. Пов-тное натяжение как мера энергии Гиббса межфазной границы.
- •18/1.Структурир.Системы.Вязкость и упругопластические св-ва дисп.Систем.Ур-ие Ньютона.
- •18/2.Кинетика коагуляции.Ур-ие Смолуховского.
- •18/3.Задачи кол.Химии в решении экологич.Проблем.На примере решения проблем водо-газоочистки.
- •19/1Суспензии,их полидисперсность.Стабилизация суспензий в водных и орг.Средах. Технич-ие суспензии и пасты мин.И орг.В-в.
- •19/2.Кинетика коагуляции эл-тами.Теории коагуляции эл-тами;химическая,длфо.
- •19/3.Правило фаз Гиббса и дисперсность.
- •20/1.Получение дисп.Сис-м.Методы диспергирования. Адсорбционное ↓ прочности (эффект Ребиндера).
- •20/3.Классификация мех-мов адсорбции(физ.Адсорбция,хемосорбция и ионообменная). Особенности составляющих сил Ван-дер-Ваальса при адсорбции.
- •21/1.Факторы устойчивости.Коагуляция типично гидрофоб.Коллоидов.Опишите осн. Факторы коагуляции без исп.Электролитов.
- •21/2.Адсорбция газов и паров на однород.Пов-ти.З-н Генри.Ур-ие мономолек.Адсорбции Ленгмюра и его анализ.Опред-ие констант в ур-ии Ленгмюра.
- •2 1/3.Для коагуляции 10-3 м3 золя Al(oh)3 требуется 10 мл р-ра Al2(so4)3 с конц-цией 0,01 кмоль/м3.Определите порог коагуляции.
- •22/1.Теория полимолекулярной адсорбции бэт,ур-ие изотермы адсорбции,его анализ.
- •22/2.Электрокинетические явления. Электрофорез. Потенциал и ток течения. Эффект седиментации.
- •22/3. Что такое частичная концентрация? Какие методы ее определения вы знаете?
- •23/1 Пористые тела. Колич. Хар-ки пористых материалов. Классификация пористых тел по Дубинину.
- •23/2Теории д.Э.С Гуи-Чэмпэна, Штерна. Представления Грэма.Электрокинетический потенциал.
- •24/1Особенности адсорбции на микропористых материалах. Потенциальная теория Поляни. Адсорбционный потенциал. Характеристическая кривая адсорбции.
- •24/2 Что такое электрокинетический потенциал? Какие факторы определяют величину этого потенциала?
- •26/1 Возникновение объёмно-пористых стр-р. Структурообразование по теории длфо. Коагуляционно- тиксотропные и конденсационно- кристаллизационные стр-ры.
- •27/1.Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Вязкость жидких агрегативно устойчивых дисперсных систем. Уравнение Бингама и Эйнштейна. Измерения вязкости с помощью вискозиметра.
- •27/2 Природные и синтетические вмс. Строение макромолекул и их св-ва. Набухание и растворение вмс. Степень и скрость набухания.
- •27/3 Расклинивающее давление и его составляющие
- •28/1Общие вопросы устойчивости дисперсных систем. Седиментационная и агрегативная устойчивость.
- •28/2 Адсорбция на границе раствор-газ. Поверхностное натяжение. Уравнение Гиббса и его анализ.
- •29/1 Классификация поверхностных явлений. Смачивание. Краевой угол смачивания. Уравнение Юнга.
- •29/2.Почему и в каких случаях лиофильные золи проявляют свойства растворов низкомолекулярных веществ и коллоидных систем?
- •29/3Адгезия, когезия, смачивание и растекание жидкости. Уравнение Дюпре для работы адгезии. Закон Юнга. Связь работы адгезии с краевым углом (уравнение Дюпре-Юнга).
- •30/1 Природные и синтетические вмс. Строение макромолекул и их свойства. Набухание и растворение вмс. Степень и скорость набухания.
- •30/3 Критическая концентрация мицеллобразования (ккм). Основные факторы, влияющие на ккм. Методы определения ккм.
- •1/1 Термодинамика растворения вмс. Влияние природы вмс и растворителя на состояние макромолекул в растворе. Ассоциаты молекул. Возможность микрогетерогенности в растворе вмс.
- •1/2 Капиллярные явления и их роль в природе и технологии. Уравнение капиллярной конденсации Кельвина.
- •2/1 Получение и важнейшие методы обнаружения дисперсных систем.
- •2/3 Факторы стабилизации в системах с твердой дисперсной средой. Высокопористые материалы, их классификация и специфические особенности.
- •3/1 Двойной электрический слой по теории Штерна, перезарядка поверхности. Строение мицеллы и дэс.
- •3/2Специфика свойств дисперсных систем. Классификация по дисперсности, агрегатному состоянию, структуре, межфазному взаимодействию.
- •3/3Броуновское движение и его молекулярно-кинетическая природа. Связь между средним сдвигом частиц и коэффициентом диффузии (закон Эйнштейна – Смолуховского).
- •4/1Особенности оптических свойств дисперсных систем. Уравнение Релея для светорассеяния и его анализ. Фиктивное поглощение света дисперсными системами и уравнение Ламберта-Бугера-Бера.
- •4/2Студни. Схема взаимосвязи процессов образования и распада структур в системе геля.
- •4/3Теории Поляни-Дубинина объемного заполнения микропор.
- •5/3Сравнительная характеристика физической и химической адсорбции. Уравнение Фрейндлиха. Изотерма адсорбции. Теплота адсорбции. Кинетика адсорбции.
- •6/1Растворы вмс. Получение и св-ва р-ров вмс. Изоэлектрическое состояние м-л вмс.
- •6/2Рассеяние света дисперсными системами. Анализ уравнения Рэлея.
- •6/3 Что такое структурная вязкость и как он меняется под нагрузкой.
- •7/1Модель двойного электрического слоя на пов-ти ч-цы золя (по Гельмгольцу-Гуи-Штерну). Поясните, как меняется потенциал в дэс. Электрокинетический потенциал.
- •8/1.Структурированные дисперсные системы. Классификация, методы получения и основные св-ва: тиксотропия, синерезис, релаксационные явления, гистерезис.
- •8/2. Диффузия. Законы Фика для диффузии. Коэффициент диффузии.
- •8/3. Напишите формулу мицеллы золя на основе агрегата PbO2 c отрицательным зарядом мицеллы. Поясните роль адсорбционных процессов в образовании мицеллы.
- •9/1 Белки. Физико-химические свойства растворов белков. Строение пленок белков на межфазной поверхности.
- •9/2.Механизмы возникновения заряда на частицах дисперсной фазы. Строение дэс по Штерну-Гельмгольцу-Гуи.
- •88. Ассоциирование органических молекул в растворах.
- •31/2. Гели. Получение и свойства. Механизм и кинетика набухания.
- •36.Седиментационно-диффузное равновесие в золях. Условие этого равновесия.
- •11/3Структурно – механические св-ва дисперсных систем. Понятие о деформациях, прочности, пластичности
14/1. Лиофобные дисперсные системы. Факторы устойчивости лиофобных систем. Быстрая и медленная коагуляция. Кинетика коагуляции по Смолуховскому, уравнение Смолуховского.
Лиофобные дисперсные системы получают либо методом принудительного дробления (истирания), либо посредством химической или физической конденсации. Поэтому они не м.б. термодинамически устойчивыми. (Любая сис-ма б. находится в устойчивом равновесном сост-и лишь при min свободной энергии. Дисп. фаза лиофобных золей обладает высокой своб. пов-тной энергией => неуст.)
Термодинамические факторы устойчивости.
Адсорбционно-молекулярный фактор ↓пов-тного натяжения при взаимод. ч-ц со средой или адсорбции специально вводимых ч-ц стабилизатора.
Разновидность - Сольватационный фактор. Обусловлен наличием вокруг коллоидных частиц тонких сольватных слоев из мол-л р-ля, принадлежащих или ионам диффузной части ДЭС или собственно пов-ти ч-ц дисперсной фазы. В лиофобных золях сольватные оболочки образуются сольватными слоями ионов ДЭС. Сольватные оболочки, находясь м/у приближающимися частицами, препятствуют их слиянию. Этот слой обеспеч-т буферирование(противод-е движению) м/у ч-цами.
Электрический фактор. Определяется зарядом ч-цы дисперсной фазы. Одноим. зар.ч-цы отталк-ся, что и обеспечивает устойчивость заряж. сис-мы. Интенсивность м. оценить по значениям дзета-потенциала, т.о. определяет преимущественно агрегативную устойчивость коллоидной сис-мы.
Энтропийный фактор. Действует в ультрамикрогетерогенных сис-мах, для дисп. фазы кот. характерно броуновское движение. Сущность- стремление фазы к равномерному распределению по всему объему сис-мы под действием теплового движения мол-л среды.
Расклинивающее давление – избыточное (по сравнению с гидростатическим) давление в достаточно тонкой, разделяющей две фазы пленке-прослойке (газовой или жидкой)/Б.В. Дерягин/
В озникает в термодинамически равновесной сис-ме при перекрывании межфазных слоев по мере утончения прослойки.
Расклин. давление является частной производной энергии Гиббса по изменению толщины прослойки жидкости при перекрывании межфазных слоев. П(h)= - (dG/dh)T,ρ,μ
Раскл. давление обусловлено эл. и молекулярной составляющими.
Кинетические факторы устойчивости-снижают скорость столкновения коллоидных частиц:
Структурно-механический: на пов-ти ч-ц дисп. фазы формируется упругая и механически прочная защитная пленка, кот. образуют ПАВ(высокомол.ПАВ-защитные коллоиды). Их адсорбция приводит к возникновению на пов-ти частиц дисп. фазы структурно-механического барьера, кот. предотвр. возможность коагуляции. Защитный слой ПАВ включает прослойку из р-ля, что повышает эффективность его защитного действия – способность ПАвысокомол-хВ образовывать защитные адсорбционно-сольватные слои на пов-ти дисперсных частиц.
Гидродинамический: изменение вязкости среды и плотностей дисперсной фазы и дисп. среды => снижается скорость движения коагулирующих ч-ц и вытекания дисперсионной среды из прослоек м/у ними => коагуляции в целом.
Коагуляция(К.)-объединение в агрегаты ч-ц дисп.фазы вследствие адгезии при взаимных соударениях.
1 -зона скрытой К.;2-переходная зона(медленная К.);3-зона быстрой К.1.Первая зона представляет собой нач.стадию падения дисперсности.На этой стадии агрегирование ч-ц происходит без видимого разделения кол.сис-мы на фазы. Стадию хар-ют изменение опалесценции, ↑вязкости кол.сис-мы,↓осмотич.давления. В точке см,граничащей со второй зоной, начинается переход скрытой К. в медленную явную К.2.Зону перехода скрытой К. в явную также наз-ют медленной К.,или первой стадией явной К.Началу зоны соотв-ет критич.конц-ия электролита коагулянта,или порог К. см,т.е.минимальная конц-ия добавляемого электролита,вызвывающая видимый эффект коагуляции(измен.цвета, помутнение,осадок).Для конкретного исследователя оценка величины порога К. субъективна.Реально воспринимаемая величина пороговой конц-ии,отмеч.на рис.точкой спк,нах-ся в зоне медленной К.вблизи точки см.Медленная К.перех.в быструю при конц-ии коагулир-го электролита сб.Порогу коагуляции соотв-ет снижение величины дзета-потенциала до критич.точки,равной примерно 0,03В.Значение порога К.спк м. оценить: спк=(сэлVэл1000)/Vз,где сэл и Vэл-конц-ия,моль/л,и наим.объем р-ра коагулирующего электролита соотв-но;Vз-объм золя.Это соотношение справедливо для случая,когда Vз> Vэл, а спк опред-ся в моль/л.3.Явная быстрая К.заключ.в дальнейшем развитии процесса укрупнения кол.ч-ц и занчительном ↓ степенидисперсности ч-ц золя.В сис-ме визуально наблюд-ся существен.изменения-помутнение и послед.расслоение дисп.фазы и дисп. среды,сопровожд-ся выпадением осадка или обр-ем геля.Явная К.всегдазаканчивается разделением кол.сис-мы на фазы.Принципиал.отличие явной К.от скрытой-первая сопровожд-ся выпадением осадка и протек.значительно быстрее.
Теорию кинетики коагуляции разрабатывали Смолуховский,Мюллер и др. Рассм.теорию Смолуховского,кот.базируются на допущениях:1)сис-мы монодисп.;2)ч-цы дисп. фазы сферические; 3) коагуляция происх.в рез-те вз-ия двух ч-ц;4)формально кинетику коагуляции м. свести к кинетике хим.р-ий второго порядка.С учетом приведенных положений в терминах частичной конц-ии(ν)скорость коагуляции (dν/dτ)м.выразить ур-ем:dν/dτ = - Kν2, где K-константа скорости коагуляции, K=4πDRPexp[- E* /(kT)].Здесь D-коэф.диффузии;P- стерический множитель,учитывающий пространственное расположение реагир.ч-ц;E* -энергия активации коагуляции.Интегрирование ур-ия в пределах от ν=ν0 при τ=0 до ντ при τ приводит к след.соотнош-ям: ν0∫ντ dν/ν2 = - 0∫τ Kdτ; а также ν=ν0/1+Kν0τ. Чтобы не оценивать К,Смолуховский ввел понятие периода половинной коагуляции-времени,в теч.кот. число ч-ц ↓ вдвое(θ).С учетом послед.соотнош-ия:1+Kν0θ=2 и Kν0=1/θ.В итоге получится: ν=ν0/(1+τ/θ).Критика представлений Смолуховского:1)маловероятны предположения об исключительно сферической форме ч-ц дисп.фазы,2)системы полидисп.,кот.стан-ся в процессе объединения ч-ц.Теория Смолуховского не в состоянии объяснить нек.↑ скорости коагуляции со временем.Теория Смолуховского составляет основу соврем.теорий.Идет доработка в плане учета полидисп.сис-м.