- •Физическая химия дисперсных систем Определение дисперсных систем
- •Классификация дисперсных систем и их общая характеристика
- •Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды
- •Классификация по взаимодействию между частицами дисперсной фазы или степени структурированности системы
- •Классификация по характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой
- •Методы получения дисперсных систем
- •Диспергирование жидкостей
- •Диспергирование газов
- •Конденсационные методы
- •Методы физической конденсации
- •Методы химической конденсации
- •Очистка золей
- •Компенсационный диализ и вивидиализ
- •Молекулярно-кинетические свойства золей
- •Броуновское движение
- •Диффузия
- •Седиментация в золях
- •Осмотическое давление в золях
- •Оптические свойства золей
- •Рассеяние света (опалесценция)
- •Оптические методы исследования коллоидных систем Ультрамикроскоп
- •Механизм образования и строение коллоидной частицы – мицеллы
- •1. Получение золя берлинской лазури:
- •2. Получение с помощью гидролиза FeCl3 золя гидроксида железа (III).
- •3. Получение золя As2s3:
- •Электрокинетические свойства золей
- •Устойчивость гидрофобных коллоидных систем. Коагуляция золей Виды устойчивости золей
- •Теория коагуляции Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека
- •Влияние электролитов на устойчивость золей. Порог коагуляции. Правило Шульца-Гарди
- •Чередование зон коагуляции
- •Коагуляции золей смесями электролитов
- •Скорость коагуляции
- •Коллоидная защита
- •Роль процессов коагуляции в промышленности, медицине, биологии
- •Растворы высокомолекулярных соединений
- •Общая характеристика высокомолекулярных соединений
- •Классификация полимеров
- •Набухание и растворение вмс
- •Термодинамические аспекты процесса набухания
- •Давление набухания
- •Свойства растворов высокомолекулярных соединений
- •Осмотическое давление раствор вмс
- •Онкотическое давление крови
- •Вязкость растворов полимеров
- •Свободная и связанная вода в растворах
- •Полиэлектролиты
- •Факторы, влияющие на устойчивость растворов полимеров. Высаливание
Термодинамические аспекты процесса набухания
Термодинамически самопроизвольное набухание или растворение высокомолекулярных соединений всегда сопровождается уменьшением свободной энергии Гиббса (∆G = ∆H – T∆S < 0).
Изменение энтальпии ∆Н отражает энергетические эффекты при взаимодействии молекул полимера и растворителя. Сюда входит энергия, выделяющаяся при сольватации, а также затрачиваемая на разрыв межмолекулярных связей и удаление макромолекул друг от друга.
Изменение энтропии ∆S отражает возрастание вариантов взаимного расположения макромолекул в системе, а также числа их возможных конформаций.
При растворении и набухании полимеров с гибкими цепями роль энтальпийного фактора обычно невелика из-за небольшой энергии сольватации, но зато существенно возрастает энтропия системы. Благодаря этому самопроизвольно могут растворяться даже те полимеры, для которых ∆Н >0.
При набухании и растворении полимеров с жесткими цепями (обычно полярными) число возможных конформаций, а значит, и энтропия системы увеличиваются незначительно, зато существенную роль начинает играть энтальпийный фактор, вследствие резкого возрастания энергии сольватации.
Давление набухания
Если при набухании образца полимера каким-либо способом препятствовать увеличению его размеров, то в нем возникает так называемое давление набухания. Оно эквивалентно внешнему давлению, которое нужно приложить к образцу, чтобы остановить возрастание его объема. На начальной стадии процесса давление набухания может колебаться от нескольких мегапаскалей (МПа) до нескольких десятков МПа, а в некоторых случаях даже и до нескольких сотен МПа. В пересчете на атмосферы давление набухания может достичь нескольких тысяч атмосфер. Данный факт следует учитывать при хранении и перевозке многих пищевых продуктов, таких как зерно, крупа, мука. Если эти операции осуществлять в закрытых емкостях, то при попадании влаги вследствие протекания набухания может произойти их разрушение.
Известны случаи, когда хранившееся в трюмах зерно по этой причине разрывало стальной корпус перевозившего его судна.
Давление набухания можно применять и в практических целях.
Еще в древние века в каменоломнях с его помощью от большой скалы отсекали каменные глыбы нужных размеров. Для этого в специально образованные щели (или трещины) загоняли деревянные клинья, которые затем обильно поливали водой.
Силу давления, возникшего в набухающей горошине, иногда используют в анатомических музеях для расчленения плотно сцепленных друг с другом костей черепа.
Набухание имеет очень большое значение как в природе, так и в жизнедеятельности человека, а также во многих производствах.
Так, прорастанию зерна всегда предшествует его набухание. Целый ряд физиологических процессов, таких как сокращение мышц, образование опухолей, имеет в своей основе явления набухания. Способность кожи и волокнистых веществ растягиваться при набухании и сокращаться при высыхании широко используется в кожгалантерейном производстве, при изготовлении обуви, одежды и других изделий. В основе действия различного рода клеящих веществ (столярного клея, гуммиарабика, крахмального клейстера) явление набухания играет главную роль.
Кулинарная обработка большей части продуктов питания: муки, круп, овощей, мяса и т.п. – сводится в основном к процессу набухания. Начальный этап самого акта пищеварения – это тоже в известной мере процесс набухания, сопровождающийся действием механических и химических факторов, которые усиливают скорость и степень набухания.