Основные законы по курсу
.pdfгде: n1 и n0 – показатели преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды, - численная концентрация, V – объем одной частицы, - длина световой волны.
8.Закон ЛамбертаБугера - Бера для поглощения света в истинных растворах:
Iпр=I0 e - сl ,
где: I0 – интенсивность падающего света, Iпр - интенсивность прошедшего света, с- концентрация, l – толщина слоя, - молярный коэффициент поглощения.
Оптическая плотность раствора D:
D= I0/Iпр = cl.
9.Закон ЛамбертаБугераБера для коллоидных систем:
Iпр=I0 e – (k+ )сl ,
где: k – коэффициент ослабления света вследствие рассеяния (фиктивной абсорбции) света.
10.Нефелометрия - определение размера частиц по интенсивности рассеянного света.
11.Турбидиметрия - определение размера частиц по изменению интенсивности проходящего света.
12.Предел разрешения (разрешающее расстояние микроскопа) - расстояние между двумя точками, различимыми при наблюдении в микроскоп т.е. размер наименьшего объекта, видимого в микроскоп:
в вакууме |
|
|
|
|
., |
||
|
|||
2 sin
где: 2sin - угловая апертура.
Метастабильность исходной системы определяется: химическими факторами, т.е. протеканием химических реакций, приводящих к возникновению нерастворимого, а в случае конденсированных фаз и летучего продукта, и физическими, такими как изменение давления, температуры, состава растворителя.
2.Диспергационный метод. Сущность метода состоит в измельчении твердых или жидких тел в инертной среде в диспергирующих устройствах (шаровых и коллоидных мельницах, вальцах, краскотерках и др.).
2.1.Уравнение Ребиндера для полной работы диспергирования:
W Wдеф Wп К V S,
где: |
Wдеф |
- |
работа, затрачиваемая на объёмное |
деформирование тела; |
|
||
Wп |
- |
работа, |
затрачиваемая на образование новой |
поверхности.
Уравнение Гриффитса
Ро ( Е/l)1/ 2,
где: Ро - реальная прочность тела;
- поверхностная энергия; Е – модуль Юнга;
l – длина трещины
2.2.Эффект адсорбционного понижения прочности
(эффект Ребиндера) заключается в том, что развитие микротрещины под действием внешних сил облегчается при адсорбции ионов электролитов, молекул ПАВ, жидких металлов на поверхности тела и среды, в которой проводят диспергирование.
2.3.Пептизация. Сущность метода состоит в расщеплении на первичные частицы под действием внешней среды агрегатов, возникающих в результате обратимой коагуляции дисперсных систем.
www.mitht.ru/e-library
3.Методы пептизации: адсорбционная пептизация, пептизация путем поверхностной диссоциации и пептизация путем промывания осадка.
4.Лиофильные коллоидные системы. Образуются путем самопроизвольного диспергирования, протекающего при условии Щукина-Ребиндера:
кр К Т /d2 ,
где - безразмерный коэффициент равный 30; d – размер частиц.
Для частиц a 10–8 м кр 0,01 мДж / м2.
Самопроизвольное диспергирование протекает в коллоидных системах в которых 12 кр. Типичными представителями лиофильных коллоидных систем являются растворы коллоидных ПАВ и высокомолекулярных соединений.
5.Строение мицелл ионостабилизированных золей.
Мицелла – это отдельная частица дисперсной фазы коллоидной системы с жидкой дисперсионной средой, состоящая из кристаллического или аморфного ядра и поверхностного слоя, включающего сольватно связанные молекулы окружающей жидкости. Формула мицеллы золя Sb2S3, стабилизированного H2S:
mSb2S3 mSb2S3nS2-
2(n-x)H+
2xH+
mSb2S3nS2-2(n-x)H+ 2xH+
- агрегат - ядро
- адсорбционный
. слой
противоионов -диффузный слой
mSb2S3nS2-2(n-x)H+ - частица
Потенциалоопределяющие ионы S2-, достраивающие кристалическую решетку Sb2S3 и придающие заряд поверхности. Ионы H+ - противоионы – ионы противоположного знака.
4.Мутность среды:
Iп/I0= e- l,
где: I0 и Iп –интенсивности первичного и проходящего пучков; l- толщина образца; -мутность.
5.Отношение Рэлея для рассеяния поляризованного и неполяризованного света малыми частицами:
Iп |
r2 |
16 4 |
|
2 |
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
sin |
|
|
Iп |
0 |
4 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
пп
где: I , I 0 - интенсивности рассеянной и падающей поляризованных волн;
- угол наблюдения; r – расстояние от наблюдателя до частицы;
- поляризуемость; - угол между плоскостями колебаний электрических векторов падающей и рассеянной волн.
I r2 |
8 4 2 |
2 |
||
|
|
|
(1 cos |
) |
|
|
|||
I 0 |
4 |
|
||
6.Рассеяние большими частицами.
Зависимость интенсивности рассеяния большими частицами от угла наблюдения (угловая асимметрия рассеяния) вызвана внутричастичной ослабляющей интерференцией света.
7.Уравнение Релея для интенсивности света,
рассеянного сферическими частицами (Iр ), не проводящими электрического тока, малыми по сравнению с длиной волны (d 0.1 ), в разбавленном растворе
|
|
|
3 |
V 2 |
|
n 2 |
n |
2 |
2 |
|
|
, Дж / м 3 |
||
I |
р |
24 |
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
I |
0 |
||
|
4 |
|
2 |
|
2 |
|||||||||
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2n0 |
|
|
|
|
||
www.mitht.ru/e-library
2.6.Седиментационная устойчивость.
Седиментационной устойчивостью называют способность дисперсной системы сохранять постоянное распределение частиц по объёму.
Мера кинетической седиментационной устойчивости (КСУ) – -величина, обратная константе седиментации.
КСУ |
1 |
|
B |
|
9η |
|
|
2r2 (ρ ρ0 ) |
|||
|
Sсед |
mотн |
|||
Мера термодинамической седиментационной устойчивости (ТСУ) - гипсометрическая высота, т.е. высота, на которой концентрация частиц уменьшается в e раз:
h |
e |
|
KT |
|
|
KT |
|
|
|
||||
|
|
mотнg |
v(ρ ρ0 )g |
|||
Оптические свойства коллоидных систем.
Рассеяние света - преобразование светового потока одного направления в световые потоки разных направлений.
1.Условия релеевского рассеяния.
сonst, поглощение =0.
2.Виды рассеяния света: Релеевское рассеяние мутными средами вследствие различия коэффициента преломления и молекулярное рассеяние в истинных растворах, газах, происходящее за счет флуктуации плотности в газах и жидкостях, флуктуации концентраций в растворах.
3.Физическая сущность релеевского рассеяния света
состоит в том, что под действием электромагнитных волн на частицу происходит поляризация атомов и молекул, т.е. возникают индуцированные диполи, являющиеся источниками вторичных световых волн. В неоднородной среде вторичные волны не гасят друг друга во всех направлениях и наблюдаются рассеянные под различными углами световые потоки.
6.Принципы построения мицелл.
1.Агрегат мицеллы - нерастворимое соединение.
2.Потенциалопределяющие ионы - ионы, образующие дисперсную фазу, изоморфные им ионы и органические ионы с высокой адсорбционной способностью.
3.Противоионы образуют с потенциалопределяющим ионом растворимое соединение.
4.Мицелла в целом электронейтральна.
Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем.
1.Диффузия.
Диффузией называется самопроизвольный процесс переноса вещества, приводящий к выравниванию концентраций и химического потенциала в результате теплового движения молекул, ионов и частиц.
1.1.Закон Фика.
Первый закон Фика характеризует стационарный процесс диффузии:
dm = -D dc sd , dx
где dmколичество продиффундировавшего вещества, dc
D-коэффициент диффузии, |
|
- градиент концентрации, |
|
dx
s- площадь, через которую идёт диффузия, - время. Поток диффузии iд
iд D dc dx
Второй закон Фика характеризует нестационарный процесс диффузии и описывает накопление вещества в различных точках пространства в зависимости от времени поглощения вещества твёрдым телом, т.е. сорбцию:
www.mitht.ru/e-library
dc |
D |
d2c |
||
dτ |
dx |
2 |
||
|
||||
1.2.Уравнение Эйнштейна для коэффициента диффузии.
D |
KT |
|
RT |
|
1 |
|
RT |
|
1 |
, |
|
|
|
|
|
||||||
|
B Na B Na |
6π η r |
||||||||
где: K – константа Больцмана, R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура, B – коэффициент трения, равный для сферических частиц по закону Стокса 6 r (
– вязкость дисперсионной среды, r – радиус частицы).
1.3.Закон Эйнштейна-Смолуховского для среднеквадратичного значения проекции смещения частицы:
|
|
|
KTτ |
, |
|
2Dτ |
|||||
3π η r |
|||||
|
|
|
|
где: – время.
2.Седиментация.
Седиментация - процесс оседания (или всплывания) частиц под действием гравитационного поля.
Для истинных растворов (a 10-10м) iд >>iс
Для коллоидных систем (a 10-9-10-7м) |
iд iс |
Для грубодисперсных систем (a > 10-7м) |
iд << iс |
2.1.Гипсометрический закон.
При диффузионно-седиментационном равновесии (iд = iс)
ln |
c |
0 |
|
mgh |
ch |
c |
|
mgh |
|
|
|
0 e KT |
|||||||
ch |
KT |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||
где: ch – концентрация частиц на высоте h.
2.2.Седиментационное уравнение незаряженной частицы:
m(1-v ) = Bu,
где: m – масса частицы, v – удельный объём частицы, –
плотность среды,
B – коэффициент трения, u – скорость седиментации.
2.3.Уравнение для расчета размера частиц дисперсной фазы по скорости оседания в гравитационном поле:
r |
9η u |
|
, |
|
2(ρ ρ0 )g |
||||
|
|
|||
где: u – скорость седиментации, ρ и ρ0 – плотности частиц |
||||
дисперсной фазы и дисперсионной среды, |
g – ускорение |
|||
свободного падения. |
|
|
|
|
2.4.Определение массы |
коллоидных частиц методом |
|||
скоростного ультрацентрифугирования ( 2 x 105 g )
m KTS D(1 vρ)
где: S – константа седиментации, равная отношению скорости оседания частиц к центробежному ускорению, D-коэффициент диффузии;
2.5.Определение массы коллоидных частиц методом равновесного ультрацентрифугирования: ( 2 x 103 g )
|
2KTln |
c2 |
|
|||
m |
c1 |
|||||
|
|
|
||||
ω2 (1 |
|
vρ)(x22 x12 ) |
||||
|
||||||
где: c1 и c2 – равновесные концентрации на расстояниях x1 и x2 от оси вращения.
www.mitht.ru/e-library