- •Министерство образования и науки рф
- •Предмет коллоидной химии
- •Глава I.Дисперсные системы:
- •1.1 Основные свойства дисперсных систем
- •1.2 Классификация дисперсных систем
- •Классификация по степени дисперсности
- •Классификация по агрегатному состоянию
- •Классификация по структурно-механическим свойствам
- •Раздел II. Поверхностные явления. Адсорбция
- •2.1 Классификация поверхностных явлений
- •Классификация поверхностных явлений
- •2.2 Поверхностное явление – адсорбция
- •2.2.1 Основные понятия и определения
- •2.2.2 Адсорбция на границе жидкость-газ
- •2.2.3. Адсорбция на твердом адсорбенте
- •2.3 Адгезия и смачивание
- •Раздел III. Электрические свойства дисперсных
- •3.1 Возникновение электрического заряда
- •3.2 Современные представления о строении
- •3.3Строение мицеллы гидрофобного золя
- •3.4. Факторы, влияющие на электрокинетический потенциал
- •3.4.1 Влияние температуры
- •3.4.2 Влияние электролитов
- •3.4.3 Влияние рН среды
- •3.4.4 Влияние природы дисперсионной среды
- •3.5 Электрокинетические явления
- •3.5.1 Электрофорез
- •3.5.2 Потенциал седиментации
- •3.5.3 Электроосмос
- •3.5.4 Потенциал течения
- •Раздел IV. Устойчивость и нарушение устойчивости лиофобных золей
- •4.1. Седиментационная устойчивость
- •4.2 Агрегативная устойчивость и коагуляция
- •4.2.1 Теория устойчивости гидрофобных золей длфо
- •4.2.2 Факторы, определяющие агрегативную устойчивость
- •4.3. Коагуляция гидрофобных дисперсных систем
- •4.3.1 Коагуляция золей электролитами
- •Явление неправильных рядов
- •4.3.2 Кинетика коагуляции
- •Теория быстрой коагуляции Смолуховского
- •Константа скорости медленной коагуляции
- •Раздел V. Оптические свойства дисперсных систем
- •5.1. Рассеяние света
- •Теория светорассеяния Рэлея
- •5.2. Поглощение света и окраска золей
- •5.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов
- •Раздел VI. Молекулярно-кинетические свойства
- •6.1. Броуновское движение
- •6.2. Диффузия
- •6.3. Осмос
- •Раздел VII. Виды дисперсных систем
- •7.1. Растворы высокомолекулярных соединений (вмс)
- •7.1.1. Классификация вмс
- •7.1.2. Особенности строения полимеров
- •7.1.3. Набухание вмс
- •Термодинамика набухания
- •Кинетика набухания
- •Факторы, влияющие на набухание
- •7.1.4. Свойства растворов вмс
- •7.2. Коллоидные пав. Мицеллообразование в растворах пав
- •Применение коллоидных пав
- •7.3. Эмульсии
- •7.3.1. Классификация эмульсий
- •7.3.2. Методы получения эмульсий
- •7.3.3. Устойчивость эмульсий
- •Типы эмульгаторов
- •7.3.4. Применение эмульсий
- •7.4. Пены
- •7.4.1. Основные характеристики и классификация пен
- •7.4.2. Устойчивость пен
- •7.4.3. Методы разрушения пен
- •7.4.4. Практическое применение пен
- •7.5. Золи и суспензии
- •7.6. Порошки
- •7.6.1. Основные свойства и устойчивость порошков
- •7.6.2. Практическое применение порошков
- •Раздел VIII. Структурообразование в дисперсных системах
- •8.1. Типы структур в дисперсных системах
- •8.2. Особенности структурообразования в растворах вмс. Студни и студнеобразование
Раздел VI. Молекулярно-кинетические свойства
дисперсных систем
Молекулярно-кинетические свойства обусловлены хаотическим тепловым движением частиц и проявляются в броуновском движении, диффузии и осмосе. Все молекулярно-кинетические свойства наиболее ярко выражены у высокодисперсных систем.
6.1. Броуновское движение
Броуновским движениемназывают хаотическое равновероятное для всех направлений движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе за счет воздействия молекул дисперсионной среды.
Броуновское движение обусловлено столкновениями молекул среды, находящимися в непрерывном тепловом движении с взвешенными в ней частицами микроскопических или коллоидных размеров.
Количественной характеристикой броуновского движения является средний сдвиг частицы за время τ, т.е. отрезок прямой, соединяющий начальную точку движения (при τ = 0) с положением частицы в момент времени τ:
,
где k– константа Больцмана;Т– температура;μ– вязкость дисперсионной среды;r– радиус частиц.
Из уравнения следует, что броуновское движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды. Средний сдвиг частиц коллоидных растворов, размер которых находится в пределах 1-100 нм может достигать нескольких миллиметров.
6.2. Диффузия
Диффузия– самопроизвольное распространение вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.
В случае коллоидных растворов идет диффузия частиц дисперсной фазы. Процесс диффузии является необратимым и протекает до полного выравнивания концентраций. Для количественного описания диффузии применяют закон Фика:
,
где m– количество продиффундировавшего вещества;D– коэффициент диффузии;dc/dx– градиент концентрации;S– площадь поперечного сечения, через которое проходит диффузия; τ – время диффузии.
Так как масса диффундирующего вещества положительна, а градиент концентрации отрицателен, перед правой частью уравнения стоит знак «–».
Физический смысл коэффициента диффузии: это количество вещества, диффундирующего через единицу площади в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице. Согласно формуле Эйнштейна коэффициент диффузии равен:
Коллоидные частицы характеризуются минимальным по сравнению с ионами и молекулами коэффициентом диффузии.
Процесс диффузии применяется в пищевой промышленности при извлечении сахара из сахарной свеклы.
6.3. Осмос
При разделении двух растворов различной концентрации или раствора и чистого растворителя полупроницаемой перегородкой (мембраной) возникает поток растворителя от раствора с меньшей концентрацией к раствору с большей концентрацией, приводящий к выравниванию концентраций (рис. 49). Этот процесс называется осмосом.
Осмос характерен не только для истинных растворов, но и для коллоидных растворов. Молекулы растворителя переходят через полупроницаемую мембрану в сосуд с коллоидным раствором. В результате в нем создается избыточное давление π, называемое осмотическим.
Осмотическое давление – это избыточное давление над раствором, которое необходимо для исключения переноса растворителя через мембрану.
Для расчета осмотического давления коллоидных растворов применяется уравнение:
,
где νч– численная концентрация частиц.
Осмотическое давление коллоидных растворов намного меньше осмотического давления истинных растворов, так как при одной и той же весовой концентрации численная концентрация коллоидного раствора всегда меньше истинного раствора.