- •Коллоидная химия
- •Печатается по рекомендации Методического совета и по решению Редакционно-издательского совета Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова
- •Оглавление
- •Введение
- •Лекция 1. Дисперсные системы
- •1.1. Предмет коллоидной химии
- •1.2. Количественные характеристики дисперсных систем
- •1.3. Классификация дисперсных систем
- •Классификация по дисперсности
- •Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •Классификация по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды (по межфазному взаимодействию)
- •Классификация по межчастичному взаимодействию
- •1.4. Краткий исторический очерк
- •Лекция 2. Поверхностные явления
- •2.1. Природа поверхностной энергии
- •2.2. Поверхностное натяжение
- •2.3. Самопроизвольные процессы в поверхностном слое
- •2.4. Адсорбция. Общие положения, классификация
- •Лекция 3. Виды адсорбции
- •3.1. Адсорбция на границе «жидкий раствор – газ». Поверхностно-активные вещества
- •3.2. Адсорбция газов и паров на поверхности твердых тел. Капиллярная конденсация
- •3.3. Адсорбция растворенного в жидкости вещества на твердом адсорбенте. Смачивание. Адгезия
- •Лекция 4. Лиофобные золи (коллоидные растворы)
- •4.1. Методы получения лиофобных золей
- •4.1.1. Диспергационные методы
- •4.1.2. Конденсационные методы
- •4.1.3. Пептизация
- •4.2. Методы очистки коллоидных растворов
- •4.2.1. Диализ
- •4.2.2. Электродиализ
- •4.2.3. Ультрафильтрация
- •4.2.4. Обратный осмос
- •Лекция 5. Оптические и молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •5.1. Оптические свойства коллоидных растворов
- •5.1.1. Рассеяние света
- •5.1.2. Поглощение света и окраска золей
- •5.1.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов
- •5.2. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •5.2.1. Броуновское движение
- •5.2.2. Диффузия
- •5.2.3. Осмотическое давление
- •Лекция 6. Электрические свойства коллоидных растворов
- •6.1. Электрокинетические явления в гидрофобных золях
- •6.2. Пути образования двойного электрического слоя
- •6.3. Строение двойного электрического слоя
- •6.4. Факторы, от которых зависит дзета-потенциал
- •Лекция 7. Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция
- •7.1. Седиментационная устойчивость дисперсных систем
- •7.2. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция
- •7.3. Факторы устойчивости лиофобных золей
- •7.4. Теория устойчивости лиофобных золей
- •7.4.1. Электростатические силы отталкивания
- •7.4.2. Ван-дер-Ваальсовы силы притяжения
- •7.5. Виды коагуляции электролитами
- •7.6. Гетерокоагуляция и гетероадагуляция
- •Лекция 8. Лиофильные системы. Микрогетерогенные системы
- •8.1. Лиофильные системы
- •8.1.1. Растворы коллоидных поверхностно-активных веществ
- •8.1.2. Растворы высокомолекулярных соединений
- •8.2. Микрогетерогенные системы
- •8.2.1. Суспензии
- •8.2.2. Эмульсии
- •8.2.3. Пены
- •8.2.4. Аэрозоли
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Горенкова Галина Алексеевна
- •Коллоидная химия
- •655017, Г. Абакан, пр. Ленина, 94
5.1.2. Поглощение света и окраска золей
Уравнение Рэлея выведено для неокрашенных золей, т. е. не поглощающих свет. Однако многие коллоидные растворы имеют определенную окраску, т. е. поглощают свет в соответствующей области спектра – золь всегда окрашен в цвет, дополнительный к поглощенному. Так, поглощая синюю часть спектра (435–480 нм), золь оказывается желтым; при поглощении синевато-зеленой части (490–500 нм) он принимает красную окраску.
Оптические свойства коллоидных растворов, способных к поглощению света, можно характеризовать по изменению интенсивности света при прохождении через систему. Для этого используют закон Бугера-Ламберта-Бера:
,
где I0 – интенсивность падающего света; Iпр – интенсивность прошедшего через золь света; k – коэффициент поглощения; l – толщина слоя золя; с – концентрация золя.
При изменении размеров частиц изменяется длина волны поглощаемого света. Так, высокодисперсные золи золота (r = 20 нм), поглощающие преимущественно зеленую часть спектра, имеют интенсивно красную окраску; при увеличении размеров частиц до 50 нм окраска золей становится синей.
5.1.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов
В настоящее время оптические методы являются наиболее распространенными методами определения размера, формы и структуры коллоидных частиц. Это объясняется не только быстротой и удобством этих методов, но и точностью получаемых результатов.
Наиболее часто для исследования коллоидных растворов применяются:
ультрамикроскопия;
электронная микроскопия;
нефелометрия;
турбидиметрия.
УЛЬТРАМИКРОСКОПИЯ
Разрешающая способность микроскопа составляет около половины длины световой волны. Таким образом, при использовании обычного света (длина волны 400–700 нм) даже в наилучший микроскоп видимы частицы, размеры которых не менее 2 · 10–5 см, т. е. коллоидные частицы лежат за пределами видимости в обычном микроскопе.
Ультрамикроскоп основан на наблюдении светорассеяния в обычном оптическом микроскопе. При этом сплошная опалесценция, видимая невооруженным глазом, разрешается в отблески отдельных частиц. Каждый отблеск – это свечение светового пучка волн, рассеянных одной частицей под разными углами, оно значительно больше, чем проекция самой частицы и доступно для микроскопической регистрации. Прямая регистрация не позволяет судить о размерах частиц, так как мы наблюдаем не сами частицы, а их отблески, но эти параметры могут быть определены косвенно.
Для этого выделяют определенный объем V3, подсчитывают число содержащихся в нем частиц и находят частичную концентрацию . Если известна массовая концентрация золяс и плотность золя ρ, то по формуле можно найти средний объем частицы V:
.
Если частицы имеют сферическую форму, можно рассчитать средний радиус частицы:
, .
Наблюдая коллоидную систему в ультрамикроскоп, можно не только определить средний размер частиц, но и получить некоторое представление об их форме. Сферические частицы «светятся» ровным светом, частицы неправильной формы «мерцают».
ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ
В последние годы для наблюдения размеров и формы коллоидных частиц чаще всего пользуются электронным микроскопом, в котором вместо световых лучей применяются пучки электронов с длиной волны всего 0,02–0,05 Ǻ. Это резко увеличивает разрешающую способность микроскопа и дает возможность непосредственно видеть или фотографировать коллоидные частицы.
НЕФЕЛОМЕТРИЯ
Нефелометрия основана на способности коллоидных систем рассеивать свет. Определяя светорассеяние данной системы, можно определять размер частиц или концентрацию дисперсной фазы, изучать различные процессы, происходящие в растворе. В основе нефелометрии лежит уравнение Рэлея:
,
где I0 – интенсивность падающего света; I – интенсивность рассеянного света; V– объем одной частицы; c – концентрация золя.
Зная концентрацию золя и измерив абсолютные значения интенсивностей падающего и рассеянного света, можно вычислить средний объем частицы. Нетрудно увидеть, что нефелометр можно использовать для определения концентрации дисперсной фазы в системе.
ТУРБИДИМЕТРИЯ
Турбидиметрия – метод исследования, основанный на измерении ослабления проходящего через коллоидную систему света в результате светорассеяния. Измерения производят с помощью обычных колориметров или спектрофотометров, позволяющих определять мутность.
Если интенсивность пучка света уменьшается от I0 для падающего света до I прошедшего света, то мутность определяется уравнением:
,
где l – расстояние, пройденное светом в оптически неоднородной среде.
Между мутностью τ коллоидного раствора и интенсивностью рэлеевского рассеяния света под углом 90° R90 существует соотношение:
.
Из этих уравнений следует, что чем больше рассеяние, тем выше мутность и тем меньше интенсивность прошедшего через раствор света.
Метод турбидиметрии подробно изучается в курсе аналитической химии.