14. Суспензии. Обеспечение их устойчивости.

Suspensio – подвешивание. Дисперсионные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Обладают большой склонностью к седиментации. Для получения агрегативно и седиментационно устойчивых суспензий необходимо:

1. обеспечить диспергирование до требуемой степени дисперсности. Какао, чтобы не оседало, 10 мин должно иметь . Шоколад имеет (это затвердевшая суспензия) – среда какао-масло, фазы все другие.

2. подбор дисперсной среды, смачивающей частицы дисперсной фазы (сажа – вода – неустойчивая, сажа – бензол – устойчивая)

3. подбор и введение в систему веществ стабилизаторов (ПАВ, образующих на частицах дисперсной фазы защитную пленку, препятствующую процессу коагуляции) – желатин, крахмал, сапонины, альбумины и т.д.

15. Гели

Гелями называются структуры, образованные коллоидными частицами или молекулами полимеров в форме простейших сеток, ячейки которых обычно заполнены раствором.

Занимают промежуточное положение между растворами и твердыми полимерами (мясо, клеточные оболочки, адсорбенты).

Гели бывают хрупкими, образованными коллоидными частицами SiO₂, TiO₂, SuO₂, и эластичными (желатин,каучук, полимеры). Хрупкие гели имеют жесткий каркас и не изменяют свой объем при высушивании, поэтому называются ненабухающими. Образуются при коагуляции золей с последующим уплотнением их структуры. До уплотнения структуры возможен обратный переход геля в золь. Взаимообратимый переход золя в гель называется тиксотропией. Обратный переход геля в золь происходит при нагреве или механическом воздействии.

Эластичные гели называются студнями. Благодаря гибкости молекулярных цепей в пространственной сетке они легко изменяют свой объем при поглощении или отдаче растворителя. Объем студня может возрастать в десятки раз. Процесс поглощения растворителя называется набуханием. Оно может быть неограниченным и тогда гель переходит в золь (набухание каучука в бензине).

Эластичные гели или студни образуются при, как правило, за счет снижения растворимости дисперсной фазы в растворителе (снижение температуры). Если процесс их застудневания предшествует достижению равновесия между дисперсной фазой и дисперсной средой, либо за счет старения, то происходит расслоение студня на более плотный осадок и слой жидкости. Процесс самопроизвольного расслоения геля называется синерезисом. Имеет практическое значение: жидкость делится на свободную и связанную (входит в сольватную оболочку). У младенцев она 70%, у пожилых людей <40% – дряблость кожи, морщины.

16. Экспериментальные методы изучения поверхностей.

Чтобы понять суть процессов, происходящих на поверхности, необходимо знать количество адсорбционных молекул, химический состав поверхности, порядок расположения компонентов, их энергетическую однородность и т.д. Обычные методы химического и рентгеноструктурного анализа для этого непригодны.

Наиболее простой способ определения числа молекул, адсорбированных на твердой поверхности, состоит в прямом измерении. Так при адсорбции газа определяют:

1. ∆р газовой фазы до и после адсорбции на порошкообразном материале.

2. сверхточным взвешиванием (гравиметрия) для растворов:

   1. химический анализ раствора

   2. фотометрия при адсорбции окрашенных соединений.

О чень эффективен метод температурно-программируемой десорбции (ТПД) образец с адсорбируемым веществом нагревают со строго определенной скоростью и одновременно масс-спектрометрическим анализом определяют количество десорбирующихся молекул, их энергетическую однородность.

Спектр десорбции Н₂, адсорбированного на W.

Качественный анализ химического состава могут дать методы ЯМР и ЭПР, однако для первого вещество должно быть магниточувствительным, а для второго в веществе должны быть неспаренные электроны (радикалы).

Наиболее эффективными современными методами исследования поверхности по химическому составу являются:

• ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (УФЭС)

• рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС).

Суть их в том, что твердое тело облучают ультрафиолетовым или мягким рентгеновским излучением в результате из атомов выбиваются электроны с внешних либо внутренних оболочек.

Энергия падающих квантов (hν), кинетическая энергия испущенного электрона (Е_к)

и энергия связи электрона (Е_в) связаны соотношением

Е_к= hν – Е_в

Е_к определяют с помощью анализаторов, поэтому используя монохроматическое излучение hν можно найти Е_в, величина которой однозначно связана с видом химического элемента.

Такая техника получила название «ЭСХА»

т ипичный спектр РФЭ – спектр поверхности СоМоО₄ на подложке Al₂O₃

В зависимости от характера химической связи и окружения пики могут смещаться – «химический сдвиг», что дает дополнительную информацию о упорядоченности элементов и их химических связях.

Очень информативна оже-электроннная спектроскопия (ОЭС). Принцип ее лежит в выбивании электронов с внутренних оболочек и последующего перехода в это состояние электронов с более высоких орбит, в ходе которого избыточная энергия сообщается другим электронам, получившим название «оже». Их появление не зависит от частоты излучения.

С

Пик «настоящих» вторичных е

Пики оже

N(E)

Ep

увеличением атомного номера вероятность испускания оже снижается поэтому Z должна быть ≤ 20.

«Химический сдвиг» спектра меди в разных спектрах по данным оже.

Поверхностную структуру, ее периодичность эффективнее всего исследовать, используя явление дифракции электронов, в частности медленных (ДМЕ).

Р ентгеновские лучи проникают глубоко. С их помощью исследуют трехмерную структуру твердого тела. В то же время высокой чувствительностью к поверхностной упорядоченности обладают медленные электроны. Электроны могут упруго рассеяться и неупруго. Упруго рассеивающиеся электроны дают дифракционную картину, которая регистрируется флуоресцентным экраном, на котором можно судить о кристаллической упорядоченности поверхности. Метод известен еще с 1927 года.

Автоионная микроскопия (АИМ) – изобретена Мюллером в 1951 году позволяет наблюдать атомы на поверхности.

На острие образца V=5*10⁸в/см плотность поля. Вся система заполнена «проявительным газом» (Не, Ne). Газ вблизи острия ионизируется. Ионы ускоряются и попадают на флуоресцентный экран. Изоэлектрические поверхности вблизи острия отражают особенности структуры поверхности. Разрешающая способность составляет 2Å.

Колебательные спектры адсорбирующих веществ.

Э то эффективный метод изучения их структуры. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ) 1967. метод основан на непосредственном определении колебательных энергетических уровней по кинетической энергии медленных электронов после их неупругого рассеивания на поверхности. Колебательная энергия молекул 0,1-1 ЭВ. Метод дает разрешение 10 МЭВ.