36

ВСТУП

Колоїдна хімія вивчає властивості дисперсних систем та поверхневі явища. Дисперсна система складається із роздрібнених частинок речовини (дисперсної фази), розподілених в однорідному середовищі іншої речовини (дисперсійному середовищі). За агрегатним станом дисперсна фаза і дисперсійне середовище можуть бути рідкими, газоподібними або твердими. Частинки дисперсійної фази з розмірами 1-100 нм (10^-7-10^-5 см) утворюють систему колоїдної дисперсності, тобто золі.

Дисперсні системи надзвичайно поширені в природі. Можна сказати, що вся природа – гідросфера і атмосфера, земна кора, її надра, організми рослин і тварин - це складна сукупність грубо- та високодисперсних систем. Такі системи мають важливе значення і в повсякденному житті людини. Продукти харчування та сировина, з якої вони виробляються, (борошно, хліб, кофе-порошок, сік, сири), побутові товари (миючі засоби, фарби, пасти), будівельні матеріали (цемент, алебастр, крейда) – все це приклади колоїдних систем.

Усі золі являють собою високодисперсні гетерогенні системи і характеризуються великими значеннями питомої поверхні та поверхневої енергії. Тому колоїдні системи термодинамічно нестійкі, їх частини самодовільно можуть укрупнюватись шляхом коагуляції (злипання). Для збереження агрегативної стійкості колоїдних систем уводять третій компонент - стабілізатор. Ним можуть бути різні електроліти, мила, миючі речовини, деякі високомолекулярні сполуки.

У запропонованих у цьому посібнику теоретичниз відомостях та лабораторних роботах розглядаються питання властивостей поверхневих шарів (міжфазних границь, молекулярно-кінетичних, електричних та реологічних властивостей колоїдів), а також виявлення умов, що викликають коагуляцію дисперсних систем або забезпечують їх стабільність.

Програми колоквіумів Колоквіум 1

1. Поверхневі явища

Колоїдна хімія, її предмет. Особливості дисперсного стану. Класифікація дисперсних систем.

1. Поверхнева енергія і поверхневий (міжфазний) натяг

Природа поверхневої енергії і міжфазного натягу, їх виникнення. Самочинні процеси на міжфазній поверхні.

Фактори, які впливають на міжфазний натяг. Повна поверхнева енергія.

Поверхнево-активні (ПАР) і поверхнево-інактивні (ПІР) речовини, їх вплив на поверхневий натяг. Дифільність ПАР, їх орієнтація на міжфазній поверхні. Залежність поверхневого натягу від концентрації ПАР, рівняння Шишковського. Поверхнева активність. Правило Дюкло-Траубе.

2. Міжфазні взаємодії

Змочування. Крайовий кут, рівняння Юнга. Адгезія і когезія, робота адгезії, рівняння Дюпре і Дюпре-Юнга. Умови розтікання рідини, коефіцієнт Гаркінса.

Гідрофілізація та гідрофобізація поверхні, їх застосування. Флотація.ю фізико-хімічні основи флотаційного збагачення руд.

3. Вплив дисперсності на властивості тіл

Вплив кривизни поверхні на на внутрішній (капілярний) тиск, рівняння Лапласа. Зміна рідини в капілярі, рівняння Журена. Капілярна конденсація, роль капілярних явищ і їх використання.

Тиск над малими краплями, рівняння Томпсона (Кельвіна). Ізотермічна перегонка.

Методи визначення поверхневого натягу.

2. Адсорбція і адсорбційні рівноваги

2.1 Адсорбція з газової фази

Сорбція, її види. Адсорбція, теплота адсорбції. Ізотерма адсорбції, кількісне визначення адсорбції. Природа адсорбційної взаємодії, потенціальна енергія взаємодії при адсорбції.

Адсорбція на межі поділу розчин-газ. Рівняння адсорбції Гіббса (виведення і аналіз).

Адсорбція на межі поділу тверде тіло-газ. Типи експериментальних ізотерм адсорбції. Ізотерма Генрі. Адсорбція не неоднорідній поверхні. Ізотерма Фрейндліха, знаходження параметрів рівняння.

2.2 Теорії адсорбції

Теорія мономолекулярної адсорбції на твердих адсорбентах. Ізотерма Ленгмюра (вихідні положення і виведення). Аналіз рівняння адсорбції Ленгмюра, коефіцієнт (константа)) адсорбції. Визначення параметрів адсорбата і адсорбента.

Полімолекулярна адсорбція. Рівняння адсорбції БЕТ, його аналіз. Визначення параметрів ПАР і теплоти адсорбції на основі ізотерми БЕТ.

2.3 Адсорбція із розчинів

Адсорбція на поверхні тверде тіло-розчин. Молекулярна адсорбція. Правило вирінювання полярностей. Адсорбція іонів (електролітів). Вибіркова адсорбція іонів. Правило Фаянса-Пескова. Ліотропні ряди.

Обмінна адсорбція іонів (іонний обмін). Іоніти. Обмінна ємність, рівняння ізотерми іонного обміну (Нікольського). Застосування іонообмінної адсорбції. Демініралізація води. Іонний обмін у грунтах. Основи адсорбційної хроматографії, її застосування.

Колоківум 2

3. Властивості дисперсних систем

3.1 Молекулярно-кінетичні властивості

Дифузія в дисперсних системах. Рівняння Фіка. Коефіцієнт дифузії. Рівняння Ейнштейна-Стокса.

Броунівський рух. Середньоквадратичне зміщення дисперсної частинки. Рівняння Ейнштейна-Смолуховського.

Осмос в дисперсних системах. Рівняння Вант-Гоффі і Коршака-Галлера. Визначення молярної маси ВМС за значенням осмотичного тиску.

Седиментація та агрегативна стабільність дисперсних систем. Седиментаційно-дифузійна рівновага, рівняння Перрена-Больцмана. Седиментація, рівняння Стокса для швидкості седиментації. Седиментаційний аналіз полідисперсних систем.