- •1 Поверхностные явления в дисперсных системах
- •1.1 Поверхностные явления и адсорбция
- •3. Метод максимального давления пузырька (метод п.А. Ребиндера).
- •2 Мицеллообразование в растворах пав
- •3 Пены. Получение и свойства
- •Физико-химические свойства пены
- •4 ЭмульсиИ. Получение и свойства
- •5 Реологические свойства дисперсных систем. Структурная вязкость.
- •6 ЭлектрОкинеТические свойства дисперсных систем
- •6.1 Электрокинетические явления и строение двойного электрического слоя
- •6.2 Пути практического использования электрокинетичских явлений
- •6.3 Коагуляция лиофобных золей
- •7. Седиментационный анализ суспензий и эмульсий
- •Обработка результатов
- •Обработка результатов наблюдений
- •8 Адсорбция на границе раздела твердое тело/жидкость
- •Определение удельной поверхности угля по адсорбции уксусной кислоты из водных растворов
- •Изучение адсорбции уксусной кислоты на твёрдом адсорбенте
- •9 Набухание полимеров
- •Исследование кинетики набухания полимеров
- •Приложение
- •Список рекомендуемой литературы
- •Содержание
- •9 Набухание полимеров
ВВЕДЕНИЕ
Коллоидная химия в переводе с древнегреческого (κόλλα – клей) – наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях. Основоположником этой науки считают Т. Грэма, выполнившего в 60-х годах XIX века первые систематические исследования коллоидных систем (золей). Ему же принадлежит и введение термина «коллоид». Впоследствии коллоидная химия включила в себя результаты, полученные в других областях физики и химии, а уже в конце XIX – начале XX веков сформировалась в самостоятельный раздел химии. Современная коллоидная химия – это физическая химии дисперсных систем и поверхностных явлений на границах раздела фаз.
Поверхностные явления играют решающую роль в регулировании прочности строительных материалов, они имеют важнейшее значение в золь-гель-технологии, нанотехнологиях, а также процессах, протекающих при бурении горных пород, нефте- и газодобыче, нефтепереработке.
В XXI веке коллоидная химия развивается на стыке физики, химии, биологии (англ. – colloid science означает «коллоидная наука»), поэтому изучение свойств реальных сложных объектов как живой, так и неживой природы невозможно без освоения теоретических положений этой науки и разработанных ею методов исследования дисперсных систем.
В данном пособии по курсу "Поверхностные явления и дисперсные системы (коллоидная химия)" рассматриваются методы исследования адсорбции поверхностно-активных веществ (ПАВ) на различных границах раздела, мицеллообразования в растворах ПАВ, свойств пен и эмульсий, седиментации, электрических и реологических свойств дисперсных систем. Способы получения различных дисперсных систем и исследования их свойств студенты осваивают в процессе выполнения лабораторных работ.
В каждом разделе практикума перед описанием лабораторной работы имеется теоретическое введение, которое, на наш взгляд, позволит студентам лучше понять закономерности, изучаемые ими в ходе лабораторных работ.
В пособии приводится описание современных приборов для выполнения лабораторных работ, предусмотренных в данном курсе.
Кроме основных теоретических положений, в каждом разделе данного пособия указываются области практического применения изучаемых явлений в нефтегазовой промышленности.
В качестве объектов исследования в лабораторных работах, выполняемых в лабораторном практикуме, студентам предлагается использовать реагенты и вещества, применяемые в нефтепромысловом деле.
В конце практикума приводится приложение, которое включает сведения справочного характера, и список учебной литературы, необходимой для более полного усвоения изучаемого курса.
1 Поверхностные явления в дисперсных системах
Дисперсные системы и поверхностные явления играют большую роль в природных и промышленных процессах. Наука, которая занимается изучением этих явлений, была названа коллоидной химией. Фактически – это физическая химия дисперсных систем и поверхностных явлений.
Дисперсные системы представляют собой гетерогенные системы, в которых одна или несколько фаз находятся в раздробленном состоянии внутри другой сплошной фазы. К дисперсным системам можно отнести большинство окружающих нас природных тел. Все тела, как правило, – это поликристаллические, волокнистые, слоистые, пористые, сыпучие вещества, состоящие из наполнителя и связующего, они, как правило, представляют собой суспензии, пасты, эмульсии, пены, и т.д. Почва, ткани животных и растений, облака и туманы, многие промышленные продукты, в том числе строительные материалы, металлы, полимеры, бумага, кожа, ткани, продукты питания – все это дисперсные системы, являющиеся объектами, которые изучает наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах.
Дисперсные системы состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза – фаза, находящаяся в раздробленном состоянии в объеме другой сплошной фазы, которая называется дисперсионной средой.
Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсной фазы и дисперсионной среды. По агрегатному состоянию фаз можно выделить 8 видов дисперсных систем (таблица 1.1).
Таблица 1.1 – Виды дисперсных систем на основе классификации по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды
Дисперсионная среда |
Дисперсная фаза |
Обозначение |
Примеры |
|
Твердая |
Т/Т |
Минералы, сплавы, цемент, бетон |
Твердая |
Жидкость |
Ж/Т |
Жидкость в пористых телах, влажные почвы, грунты |
|
Газ |
Г/Т |
Пористые тела: адсорбенты, катализаторы, пенопласт |
|
Твердая |
Т/Ж |
Суспензии, взвеси, пасты |
Жидкость |
Жидкость |
Ж/Ж |
Эмульсии, нефть, молоко, латексы |
|
Газ |
Г/Ж |
Пены, газовые эмульсии |
|
Твердая |
Т/Г |
Дымы |
Газ |
Жидкость |
Ж/Г |
Туманы, облака |
|
Газ |
Г/Г |
Не является дисперсной системой |
Дисперсные системы можно классифицироватъ по размерам частиц. В ультрамикрогетерогенных системах размер частиц лежит в пределах 109 107 м, в микрогетерогенных системах размер частиц составляет 107 105 м, в грубодисперсных системах частицы имеют размеры больше 105 м.
Существуют два основных метода получения дисперсных систем: метод диспергирования (измельчения) и метод конденсации. Метод диспергирования состоит в механическом раздроблении крупных частиц до частиц коллоидных размеров в специальных коллоидных мельницах. Метод конденсации позволяет достичь коллоидной степени дисперсности вещества путем соединения атомов, молекул или ионов в более крупные частицы (агрегаты коллоидных размеров).