- •Лекции по физико-химическим методам анализа Лекция 1. Предмет аналитической химии. Классификация методов анализа. Метрология. Классические методы количественного анализа.
- •1. Предмет аналитической химии.
- •2. Классификация методов анализа
- •3. Метрология анализа
- •4. Химические (классические) методы количественного анализа
- •Химические тест-методы анализа
- •Лекция 2. Обзор физико-химических методов анализа. Атомная спектроскопия. Масс-спектрометрия. Инструментальные методы можно разделить на три группы:
- •1) Спектроскопические,2) электрохимические,3) хроматографические
- •2.1. Спектроскопические методы
- •2.2. Атомная спектроскопия
- •2.2.1. Атомно-эмиссионный спектральный анализ
- •2.2.2. Эмиссионная фотометрия пламени -
- •2.2.3. Атомно-абсорбционный спектральный анализ
- •2.3. Масс-спектрометрия
- •Лекция 3. Молекулярная спектроскопия
- •Уф и видимая спектроскопия
- •Колебательная спектроскопия (ик и кр). Инфракрасная спектроскопия (ик)
- •Спектры комбинационного рассеяния (кр)
- •3.3. Люминесцентная спектроскопия
- •Лекция 4. Радиоспектроскопические методы анализа. Методы разделения веществ.
- •4.1. Ядерный магнитный резонанс (ямр)
- •4.2 Электронный парамагнитный резонанс (эпр)
- •4.3. Методы очистки и разделения
- •4.3.1.Экстракция.
- •4.3.2. Сорбция
- •4.3.3. Ионный обмен
- •4.3.4. Соосаждение
- •4.3.5. Мембранное разделение
- •5. Лекция 5. Хроматография
- •Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •Классификация на основе природы взаимодействия.
- •Классификация по способу проведения процесса
- •Аппаратурное оформление хроматографических процессов
- •Лекция 6. Электрохимические методы анализа
- •6.1. Потенциометрия
- •6.2. Кулонометрия
- •6.3. Вольтамперометрия (полярография).
- •6.4. Кондуктометрия
- •Лекция 7. Обзор методов анализа окружающей среды.
- •7.1. Атмосфера
- •7.2. Природные и сточные воды.
- •7.3. Почвы
- •Лекция 8. Коллоидная химия.
- •8.1. Предмет коллоидной химии
- •8.2.Классификация дисперсных систем.
- •8.3. Роль поверхностных сил в дисперсных системах.
- •8.3.1. Смачивание
- •8.3.2. Капиллярная конденсация
- •7.4. Свойства коллоидных растворов
- •8.4.1. Оптические свойства
- •8.4.2. Электрические свойства
- •8.4.4. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •8.5. Устойчивость коллоидных растворов
- •8.6. Коллоиды почвы.
- •8.7. Методы получения и очистки дисперсных систем
- •8.8. Пористые тела
- •8.9. Гели
- •8.10. Эмульсии
- •8.11. Пены
8.2.Классификация дисперсных систем.
а) классификация по подвижности дисперсной фазы:
1) свободнодисперсные, где дисперсная фаза подвижна.
2) связнодисперсные (структурированные) с твердой дисперсионной средой (гели, твердые растворы).
б) классификация свободнодисперсных систем по размерам частиц.
Дисперсностью называют величину, обратную среднему размеру частиц дисперсной фазы. В таблице представлены три типа дисперсных систем и некоторые их свойства.
Грубодисперсные системы |
Коллоидные системы (золи) |
Истинные растворы |
Диаметр больше 10-7 м |
от 10-7 до 10-9 м |
меньше 10-9 м |
Фильтруются через бумажные фильтры |
фильтруются через полупроницаемые мембраны |
нельзя отфильтровать |
Неустойчивы |
Относительно устойчивы |
Устойчивы |
Мутные |
образуют “конус Тиндаля” |
Прозрачны |
Высокомолекулярные вещества (полимеры) имеют молекулы, по размеру подобные коллоидным частицам, их растворы являются истинными, то-есть не гетерогенными, но обладают свойствами, подобными свойствам коллоидных растворов (оптическими, молекулярно-кинетическими, структурными).
в) классификация по взаимодействию со средой.
Коллоидные системы разделяются на лиофобные и лиофильные. Первые характеризуются взаимодействием частиц со средой (дисперсии глин и ПАВ), вторые не взаимодействуют и поэтому неустойчивы. Введение стабилизаторов.
г) классификация по агрегатным состояниям фаз.
Г в Г нет |
Ж в Г (туман, облака, аэрозоли) |
Т в Г (дым, пыль, порошки) |
Г в Ж (пены) |
Ж в Ж (эмульсии, молоко, нефть) |
Т в Ж (суспензии, золи, илы) |
Г в Т (адсорбенты, пемза, пенопласт) |
Ж в Т (капиллярные системы, почвы) |
Т в Т (минералы, сплавы, бетон) |
д) классификация связнодисперсных систем.
Их подразделяют по размерам пор:
1) микропористые (диаметр пор до 2 нм)
2) переходнопористые (2 - 200 нм)
3) макропористые (выше 200 нм).
е) классификация по виду дисперсной фазы:
1) трёхмерная - твёрдые частицы, капли, пузырьки;
2) двухмерная - нити, волокна, капилляры, поры;
одномерная - плёнки, мембраны.
Дисперсность двухмерной системы определяется только диаметром, длина не влияет, а одномерной системы - только толщиной мембраны или плёнки.
8.3. Роль поверхностных сил в дисперсных системах.
Как было сказано ранее, поверхность раздела фаз находится в особом энергетическом состоянии, благодаря чему происходит адсорбция частиц на поверхности. Это особенно заметно проявляется на границе раздела газ-жидкость, где поверхностная энергия (избыток энергии в поверхностном слое жидкости по сравнению с объемным) приводит к поверхностному натяжению. Поверхностное натяжение измеряется работой образования новой поверхности раздела фаз с единичной площадью. Работа приводит к увеличению внутренней энергии и энергии Гиббса. Самопроизвольные процессы протекают с уменьшением энергии Гиббса, что объясняет стремление жидкости уменьшить поверхность и принять форму с наименьшей площадью, то-есть сферу. Пример - вода в невесомости. Большое количество жидкости может образовать сферу только в невесомости, на земле она растекается из-за силы тяжести, но малое количество может образовать почти сферические шарики на масляной поверхности. Другое проявление поверхностной энергии - стремление мелких капелек объединиться в большую, а также слипание частиц твёрдой дисперсной фазы с образованием более крупных (коагуляция). Слияние частиц эмульсии называется коалесценцией.
Сцепление разнородных твердых или жидких тел за счет сил межмолекулярного взаимодействия либо химических связей называется адгезией,. При этом снижается поверхностная энергия. Адгезии противодействует когезия - сцепление молекул жидкой фазы между собой за счёт межмолекулярных сил.
Снижение поверхностной энергии происходит также при адсорбции, поэтому это также самопроизвольный процесс.