Шпаргалка По Коллоидной Химии К Экзамену Для Дневников (Зименкова Л. П

1.Предмет изуч.кол.химии. Колл.сост. вещ.Признаки:гетерогенность и дисперсность.Кол.хим. – наука о поверхностных явл.и дисперсных сист. К поверх.явл.относятся процессы,происх.на границе раздела фаз и возник.в рез.взимод.сопряж. фаз. Дисперсные сист. – гетероген.сист.,сост. из 2х и более фаз(гетерогенность),1 из кот.раздроблена наз.дисперсной,а другая дисперсионная – непрерывная часть сист.(дисперсность).

2.Принципы классификации кол.сист. 1)дисперсность(размер частицы)d: наностист.(d=1…10нм);высокодисперсные (d=10нм…1мкм);грубодисперсные (d=1…100мкм). 2)фракционный состав: монодисперсные; полидисперсные. 3)концентрация частиц. 4)характер распред.частиц: сплошное распред(континуальное); сетка тонких прослоек(биконтинуальное). 5)взаимод.между частицами дисперсной фазы: свободнодисперсные(малая С,наличие жид.или газ. среды); связнодисперсные(высокая С,тв.дисп.среда). 6)взаимод.между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой: лиофильные; лиофобные. 7)по агрегатному сост.(табл.)

3.Межмолек.взаимод.Хим.связи и силы Ван-дер-Ваальса. межмолек.взаимод.модет иметь различный хар-р.1)хим.связи обр-ся путем перекрыв.электронных орбиталей; 2)силы Ван-дер-Ваальса действ.между всеми молек. Различия между хим.и молек.связями: энергия связи: Емол.=5-50кДж/моль, Ехим=80-800 кДж/моль; расстояние: rхим.=10 в -10м, rмол.=10 в -9м; молекюсвязи неспецифичны; мол.силы аддитивны, хим.силы насыщаемы.

4.Поверхностное натяжение: причины возникнов. Пов.натяж.численно= работе обратимого изотермич.образования единицы поверхн.; мера нескомпенсированности межмолек.сил в поверхностном слое жид.или тв.тела. Причина возникнов.поверхн.натяж. рис. Сила межмолек.взаимод.(Р) действ.на молек.внутри фазы взаимно компенсир-ся,их равнодейств.=0. На молек.2 на границе раздела фаз действ.равнод.сила, стремящаяся втянуть молек.внутрь фазы,эту силу наз.внутр.давлением.Она обусл.тем,что молекул в газ.фазе<,между ними >расстояние=> возник.нескомпенсир.сил, которое ведет к тому,что молек.на пов-ти энергетич.не эквивалентны молекулам внутри фазы.

5. Поверхностное натяжение.Факторы,влияющ. На величину пов.натяж. Пов.натяж.численно= работе обратимого изотермич.образования единицы поверхн.; мера нескомпенсированности межмолек.сил в поверхностном слое жид.или тв.тела. Факторы: 1)температура: пов.Т =>пов.нат. уменьш. Потому что это связано с усилением теплового движ. молек.,кот.ведет к ослаб.межмолек.взаимод.=>уменьш. внутр.Р=> уменьш.поверхн.натяж. (рис+формулы) 2) природа фазы: чем >межмолек.взамод.внутри фазы,тем > пов.натяж.на границе раздела фаз.(табл.) 3)природа пограничных фаз: чем >межмолек.взамод.между контактирующими фазами, тем< пов.натяж.на границе этих фаз.(формулы). Если жидкости р-мы друг в друге,то пов. натяж. на границе ж1,ж2=разности пов.натяж.,взаимно насыщ.жид.на границе их с воздухом(правило Антонова)(формула). 4) влияние добавок: ПИВ-р-ры электролитов,кот.дисс.с образов.ионов, ионы гидротируют в воде=>ионы интенсивно втягиваются в глубь р-ра и dσ/dC>0. ПАВ-органич.молек.с нессимитрич.дефильным строением,сост.из неполярн.углеводор.радикала и полярной группы.

11.Изотермы адсор-ии и повер-ого натяжения растворов ПАВ. Ур-е Шитковского. Опред-е геометр.размеров молекул ПАВ.(см.графики). Ур-е Шитковского (см.формулы). Опред-е геометр.размеров: 1. площадь поляр.группы; 2. длина углеводород.радикала (см.формулы)

22. Явления самчивания. Закон Юнга. Нанесём на тв.пов-ть раздела фаз каплю жид. рассмотрим усл. равновесия пов.сил,в случае контакта трёх фаз. Угол образ. касат-ми к межфаз. пов-ям огранич. смач жид-ть и имеющ. вершину на линии раздела фаз. Закон Юнга:

6.Экспериментальные способы опред.пов.натяж. 1.статистические методы основаны на изучении устойчиво равновесного сост.,к кот.самопроизв.приходит сист-ма.1)метод капиллярного поднятия,ф-ла Жюрена.2) метод висячей или лежачей капли основ.на изучении формы капель в поле силы тяжести по отклонению их формы от сферической.(d,H).3)метод уравновешивания пластинки(рис).Сумарный вес жид.,остающийся на пластинке при ее отрыве от пов-ти жид.пропорционален пов.натяж. 2.полустатич.методы основаны на изуч.условий,при кот.сист.теряет равновесие.1)метод наиб.давления в пузырьке.σ=0,5 ∆Pmax*r0 2)метод отрыва кольца(рис+форм.) 3) сталогмометрический метод основан на опред.веса капли,отрыв.под действ.силы тяжести от среза капилляра. В момент отрыва капли ее вес уравновеш.силами поверхн.натяж. P=2πr0σ/k 3) динамич.методы и метод колеблющ.струй.с помощью элептич.отверстия образ.струю в форме элептич.цилиндра. Под действием сил пов.натяж.,котстримятся придать струе форму цилиндра с круг.сечением и инерционных сил устанавл-ся поперечн.колеб.струю, длина волны которых пропорц.σ.

7.Внутрення удельная поверхностная энергия. Преобразование единицы пов-ти изменяется внутр.поверхн.энергия. Запишем объед.ур-ие первого и второго начала термодинам.при V=const.(формулы)

8.Адсорбция. Виды.Хар-ки. Адсорбция – процесс самопроизв.перераспред.(измен.С)компонентов системы между пов.слоем и объемной фазой. Процесс,идущий на раздела фаз – сорбция, внутри фазы – абсорбция, на грнице раздела – адсорбция, противопол. – десорбция. Виды: 1)жидкий р-р – газ; 2)твердое тело – газ; 3)твердое тело – жид.р-р. Для кол.описания исп.2 величины: 1)абсолютная адсорбция А – число моль или 2 адсорбата, приходящиеся на единицу повер-ти или массой адсорбента; 2) Г – избыточная (гиббсовая) адсорбция – избыток адсорбата в поверхностном слое по сравн. с его колич.в таком же объеме фазы, также приход.на единицу S или массы адсорбента.[моль/мг], [моль/г], [г/г].

9. Адсор-я паров и газов на однор. поверх-ти.Изотерма адсор-и Лэнгмюра.Часто зависимость адсорбции (А и Г) от парциального давления или концентрации С выражают уравнением (изотермой) Ленгмюра:

Здесь b – адсорбционный коэф. (константа адсорбционного равновесия, равная отнош-ю констант скоростей адсорбции и десорбции); и - емкость монослоя,т.е. предельное количество адсорбата, способное адсорбироваться на повер-ти адсорбента при ее полном монослойном покрытии. Ур-е Ленгмюра применимо для энергитически олнородной повер-ти.

10.ПАВ и ПИАВ.Поверх- ая активность.Правило Дюкло-Траубе.Ур-е Гиббса. ПИВ-р-ры электролитов,кот.дисс.с образов.ионов, ионы гидротируют в воде=>ионы интенсивно втягиваются в глубь р-ра и dσ/dC>0. ПАВ-органич.молек.с нессимитрич.дефильным строением,сост.из неполярн.углеводор.радикала и полярной группы. С увеличением длины углевородного радикала на одну группу СH2 поверх.активность в гомологическом ряду возрастает в 3-3,5 раза. (см.графики).Ур-е Гиббса изучает адсорбцию молекул ПАВ из водных растворов на границе жидк-газ. (см.графики).

14. Предст-е о полимол.адсор-ии. Теория Поляни.Основн.полож-я теории Поляни:1) адсор-я обусловлена чисто физич.силами; 2)на повер-ти адсорбента нет активных центоров;3)адсорбцион. силы действуют на сравнительно больших расстояниях, превышающих размеры отдел.молек. адсорбтива;4)дейст-е адсорбционных сил по мере удал-я от повер-ти уменьшается и на некотором расст-и становится = 0; 5)притяжении данной молекулы не зависит от наличия др.молекул; 6)адсорбц.силы не зависят от температуры;7)под возд-ем адсорбц-ого поля возникает возм-ть образ-я нескольких слоев молекул адсорбтива. Теория Поляни позволяет описать адсор-ию на пористых адсорбентх.

12.Предст-е о неоднородности поверх-ти.Изотермы адсор-ии Темкина и Фрейндлиха.Причины неодн-ти:1) биограф.неодн-ть связана с выходом на поверх-ть различных кристаллографических граней, ребер, узлов без вкл. Примесей, дефектов крисстал. решетки. 2)индуцированная – связана с процессами адсор-ии. Из-за взаим.адсорбиров.частиц или из-за измен. Электронами струк-ры адсорбента, следов., меняется С свобод.электронов, протонов.Для неоднород-ти ур-е изотермы получено Темкиным, и для сред. заполнений поверх-ти оно имеет вид: или , где f-показ-ль неоднород-ти, -адсорбц-ый коэф. на наиболее сильно адсорбирующих центрах. Это логариф.изотерма или изотерма Темкина. Для случая экспоненциальной неод-ти изотерма адсор-ии описывается ур-ем Фрейндлиха: или где К и n –константы (0<n<1).

13.Предст-е о полимол.адсор-ии. Изотерма адсор-ии БЭТ.Брунауэр, Эммет и Теллер разработали теорию теорию применительно к адсор-ии паров.Эта теория получила назв-е теории БЭТ. Основ. полож-я:1)на повер-ти адсорбента имеется опред-е число равноценных в энергет.отн-ии актив.центров;2)кажд.молек.перв.слоя предст.собой актив.центр для дальнейшей адсор-ии, что приводит к образ-ию втор., трет. и т.д. слоев;3)взаимод-ем сосед. адсорбированных молекул в рамках одного слоя пренебрегают; 4)молекулы адсорбтива в послед.слоях по сумме статист. сост-й подобны молекулам жидкости и отлич.от молекул перв.слоя. Ур-е полимолек. адсорб-ии БЭТ: , где

- давл-е насыщ.пара при дан. температуре, -относит.давл-е пара,

15.Классиф-я, получение тв.пористых адсорбентов.Тв.адсорбенты-природ. или искусст.материалы с бол.наружн. или внутр.пов-ью, на которой происх.адсор-я газов или растворов.Классификация:1)по структуре[а)корпускулярное.Структуры из сросшихся м/у собой мельчайших частиц связанных физич. или хим.силами корпускулы.б)кристаллические.в)силикаты,облад. Строгорегулярной кристалл.структурой.г)зубчатые-массивные тела, пронизанные порами.Обработка крупнопорис.материалов активир.газами или углями]; 2)по полярности[а)полярные-бумага,силикагель,усалиты,стекло…, б)неполярные-сажа,уголь,полимеры,сульфиды]; 3)по размеру пор[а)конусообразные,б)цилиндрические с одним открытым концом, в)цилиндрические с двумя открытыми концами].

23. Ур-е Юнга-Дюпре:Краевой угол смачивания и работа адгезии. 1) Лиофильные пов-ти а) полное смачивание б) неполное смачивание2) Лиофобные пов-ти а) полное смачивание б) несмачивание лучше смачивает данную пов-ть та жид.кот. ближе к ней по поляр-ти

21. Адгезия- межфаз.взаимод. конд-ых тел разной природы (прилипание) Работа адгезии числ= работе обрат.изотермич.разрыва адгезион.соед. единичной площади. Когезия- внутрифаз.взаимод.обусл. силами межмол.протяжения различной природы. Работа когезии=обрат.изотермич.работе разрыва тела по сечению единич.площади. Смачивание. Пов.явл.кот. возник.при взаимод жид. с тв. Или др. жид. при одноврем. Контакте 3-ёх несмеш-ся фаз,одна из.кот. обычно явл.газом.

16.Влияние кривизны повер-ти на внутр.давл-е частиц дисперсной фазы.Закон Лапласа.Давл-е в контактирующих фазах,раздел.плоской пов-ю, в услов.равновесия одинаково.В отличие от этого давление в фазах, разделен.искревленной повер-ю значительно различается. Чтобы получить связь избыт.давл-я под искревленной повер-ю с ее поверх.натяж-ем и радиусом кривизны рассм.рез-т влияния кривизны повер-ти м/у devz смешивующимися жид-ми на внутр.давл.Кривизна пов-ти вызыв.измен.площади и положения межфазовой пов-ти. Изменяющиеся объемы фаз .Изменяющаяся энергия фаз . Соотношение м/у поверхност. И объемн.энергией можно записать с помощью обобщен.ур-ия 1 и 2 законов термодинамики относительно энергии Геймгольца.

Т.о.возникает разность давлений. Фазы,разделенные искривл. Пов-ью могут находиться в равновесии только при разных P внутри фаз. В фазе с положит. Кривизной давл. Выше,чем в фазе с отрицател. Стремление межфазового поверх. Натяжения сокротить пов-ть ведет к увеличению P2. ΔP можно представить как равнодейств. Сил поверх.натяжения сходящихся в т.О. ΔP направлена перпендикулярно пов-ти в центр кривизны. ΔP – разность давлений в соседних фазах, разделенных искривл.пов-m. наз. Капиллярным давлением. Для сферы:

Для цилинд.пов-ти:

Это уравнения Лапласа.

17. Капиллярные явления. Набл-ся в содерж.жид. узких сосудах у кот. Расст-е м/у стенками капилляра соизмеримо с радиусом кривизны пов-ти жид. Кривизна возник. В результ. взаимод. жид-ти со стенками сосуда (отгезия). Метод наиб.давления в пузырьке. Метод основан на измерении давления,при кот. происходит отрыв пузырька газа (возд), выдуваемого в жид. через капилляр. Росту пузырька или,другими словами,увеличению пов-ти фаз препятствуют силы пов.натяжения. И чем больше пов.натяж.,тем больше следует приложить усилия (создать внутр.давление),чтобы выдуть пузырёк в жид-ть. В момент отрыва от кончика капилляра внутр.давление минимально и пропорц. пов. натяжению.

24. Способы изменения смачваемости пов-ти. Природу пов-ти тв.тела,а значит и хар-р смачивания можно изменить путём модифицирования пов-ти,например,проведя её хим.обработку. На этом основано изготовление форм плоской печати в полигр.технологии. Для получениина пов-ти формы печатающих элементов,кот.хорошо смачиваютя неполярной краской и плохо смачиваются водой,исп. в-ва,оринтирующиеся при адс-ции так,что в стор. Смачивающей жид. обращены неполярные группы. Взаимод воды с углевод.радикалами ПАВ слабее,чем с металлом,и пов-ть становится более гидрофобной. Для бодьшей устойчивости получ.гидрофобной плёнки необходимо,чтобы адс-ция была хим-ой. В кач-ве гидрофобизующих агентов обычно исп. соли жирных кислот.

18.Капилярная конденсация. Явление кап.конд. сост. в том, что конденсация пара при пнадсорбции в тонк. Капиллярах происх. При меньш. Давлении насыщ.пара над ровной пов-ю при дан.t в условиях смаивания пов-ти пор жидким адсорбатом.

Условия действ. капилярных сил : 1) сачиане о-т адсрбента жид., кот., появл. В рез-те конд. пара адсорбата. 2) по размеру пор. Пористость твёрдых тел опред. Как П=Vпор/Vадсорбента. Явление капиллярной конд. сост. в том,что конд. пара в тонких капиллярах твёрд. адсорбентов происх. При давлениях меньших,чем давления насыщ. пара над такой пов-ю,в условиях смачивания пов-ти пор жидким адсорбатом. Кап.конд. нач.при опред. заполнении пор адсорбента или при опред. значении давления пара. Ур-е Кельвина Изотермы адсорбции в пористых адсорбентах. 1) пора конусообразная. Конд. нач. со дна поры,где кривизна наиб. По мере заполн. поры радиус увеличивается и давление возрастает.Процесс десорбции описывается той же кривой. 2)пора цилиндрическая с открытым концом. Конд. адсорбата идёт со дна поры,где кривизна сферич.(т.е. наиб.) Т.к. пора цилиндрич.,она заполн. при одном знач. Радиуса миниска соотв. опред.давлению . 3) цилиндрич. пора с двумя открытыми концами. Конд. нач. на стенках цилиндра,имеющ.кривизну в 2 раза меньшую,чем у сферы того же радиуса. Адсорб.приводит к уменьш радиуса поры и мгновен.заполн. её при P цилиндрич.на концах поры обр.миниски.

19.Молекулярная адсорб.из р-ов на твёрдых адсорбентах. Этоадсорб. Из р-ов неэлектролитов или слаб.электролитов. Особенность адсорбциив её конкурентности A(r)= (Co-Cp)/m 1) конц.адсорбата. Ур-е Ленгмюра,БЭТ,Фрейндлиха. 2)Природа растворителя а) чем хуже адс-ся растворитель,тем лучше адсорбция растворённого в-ва б) чем лучше адсорбат растворяется,тем хуже адс-ся 3) влияние природы адсорбента 4) влияние природы адсорбата а) правило Ребиндера: процесс адс-ции идёт в стор. уравновеш. поляр-ти контактир.фаз и тем лучше,чем больше первонач. разность полярностей адс-та растворителя б) правило Дюкио-Траубе: адс-ция гомологов возрастает при увелич. углевод.радикала. Основные зак-ти адс-ции из р-ов неэлектролитов на твёрд.адс-ах. 1)адс. ионов зависит от их радиусов. Для ионов одинакового заряда адс-ая спб-ть возраст. с увелич радиуса иона из-за их меньшей гидратации. 2) Адс.ионов зависит от заряда,чем больше заряд,тем больше адс-ция. 3) правило Панито-Фаянса: кристаллы достраиваются лишь теми ионами,кот. вход. в их сост.и ионами изоморфными с ионами кристаллич. решётками.