- •1. Характеристика предмета коллоидной химии
- •1.1 Признаки объектов коллоидной химии
- •1.2 Количественные характеристики дисперсных систем
- •1.3 Энергетическая и геометрические характеристики поверхности
- •1.4 Классификация дисперсных систем
- •1.5 Методы получения коллоидных систем
- •1.6. Правило фаз Гиббса для дисперсных систем
- •2. Поверхностное натяжение
- •2.1 Термодинамические параметры поверхностного слоя
- •2.2 Экспериментальные методы определения поверхностного натяжения.
- •2.3 Внутренняя полная поверхностная энергия.
- •2.4 Температурная зависимость σ и полной внутренней поверхностной энергии.
- •2.5 Механизм процессов самопроизвольного уменьшения σ. Принцип Гиббса-Кюри.
- •2.6 Внутреннее давление. Уравнение Лапласа
- •2.7 Влияние дисперсности на реакционную способность
- •2.8 Влияние дисперсности на растворимость вещества
- •2.9 Влияние дисперсности на равновесие химической реакции.
- •2.10 Влияние дисперсности на температуру фазовых переходов.
- •2.11 Уравнение капиллярной конденсации
- •3. Термодинамика образования новой фазы.
- •3.1 Кинетика образования новой фазы в системе “ж – т”.
- •3.2 Управление степенью дисперсности.
- •4. Двойной электрический слой. Механизм его образования.
- •4.1 Строение дэс
- •4.2 Примеры д.Э.С. И строение мицеллы
- •4.3 Термодинамика образования д.Э.С. Уравнение Габриэль-Липмана
- •5. Адсорбция. Зависимость от параметров системы
- •5.1 Типы адсорбции
- •5.2 Ионный обмен
- •5.3 Фундаментальные адсорбционные уравнения Гиббса
- •5.4 Адсорбция на границе ж-г
- •5.5 Уравнение Шишковского
- •5.6 Изотерма адсорбции Ленгмюра
- •5.7 Многокомпонентная адсорбция из газовой фазы.
- •5.8 Учет неэквивалентности адсорбционных центров
- •5.9. Капиллярные явления. Формула Жюрена
- •5.10 Адсорбция на пористых телах.
- •5.11 Адсорбция на микропористых телах.
- •5.12 Селективная адсорбция из растворов
- •6. Электрокинетические явления
- •6.1 Электроосмос
- •6.2 Электрофорез
- •7. Адгезия. Механизм процессов адгезии
- •7.1 Смачивание. Краевой угол
- •7.2 Связь работы адгезии с краевым углом
- •7.3 Эффект Марагони.
- •7.4 Правило Антонова
- •8. Флотация
- •9. Рассеяние света ультромикрогетерогенными частицами
- •10. Устойчивость дисперсных систем.
- •10.1 Седиментационная устойчивость дисперсных систем
- •10.2 Седиментационный анализ.
- •I метод.
- •10.3 Механические методы седиментации
- •10.4 Агрегативная устойчивость дисперсных систем
- •10.5 Кинетика коагуляции.
- •10.6 Коагуляция золей электролитами
- •10.7 Условие термодинамической устойчивости дисперсных систем
- •11. Эмульсии. Их стабилизация и разрушение.
- •12. Пены, стабилизация и разрушение.
- •13. Аэрозоли. Устойчивость и разрушение.
- •14. Суспензии. Обеспечение их устойчивости.
- •15. Гели
- •16. Экспериментальные методы изучения поверхностей.
Введение
Дисциплина, к изучению которой мы приступаем, до настоящего времени не получила общепринятого наименования, но при этом имеет точную дату своего возникновения – 1861г.
Исторически первым было название - «коллоидная химия». Это было связано с тем, что в 1861г. английский химик Томас Грэм (1805-1869), один из основателей и первый президент Лондонского химического общества опубликовал работу, в которой сделал попытку классификации веществ по способности их растворов кристаллизоваться и диффундировать через полупроницаемые мембраны. Все вещества были им разделены на два класса: кристаллоиды (быстро диффундируют и способны к кристаллизации) и коллоиды (не диффундируют и не кристаллизуются). Согласно представлениям Грэма коллоиды, в отличие от кристаллоидов, не дают истинных растворов, имеют повышенную вязкость и неустойчивы во времени. К ним он отнес такие природные вещества как оксиды алюминия, железа, цинка, белки, танин, декстрины, крахмал, агар-агар, казеин и т.д. Большинство из приведенных веществ по своему физическому состоянию напоминают, либо используются для приготовления клеев, а клей по-гречески “colla”. Однако, уже в 1869 г. профессор Киевского университета Борщов сформулировал представления о коллоидах не как об особом классе веществ, а как о состоянии, присущем многим веществам в том числе и кристаллоидам. В последствие это положение было подтверждено многими работами и показано, что даже такие кристаллические вещества как поваренная соль и металлы могут быть переведены в коллоидное состояние. Таким образом термин “коллоид” означает особое состояние вещества, в котором могут находиться практически все известные тела. Это состояние характеризуется высокой степенью раздробленности (дисперсности) вещества, развитой удельной поверхностью с присущими ей многочисленными поверхностными явлениями. В связи с этим более современным наименованием дисциплины является не «Коллоидная химия», а «Поверхностные явления и дисперсные системы». Существуют и другие названия этому курсу: «Капиллярная химия», «Физическая химия реальных тел». Все они в той или иной степени отражают его содержание.
Иногда словосочетание «Поверхностные явления и дисперсные системы» мы будем заменять «Коллоидная химия». Этой дисциплиной заканчивается изучение общехимических курсов и начинается изучение прикладных, т.к. изучаемые в ней законы и принципы сопровождают такие общехимические и технологические процессы:
Измельчения
Гранулирования
Фильтрации
Спекания
Синтеза новых материалов
Адсорбции
Коррозии, склеивания, крашения, печатания
1. Характеристика предмета коллоидной химии
1.1 Признаки объектов коллоидной химии
Коллоидная химия – это наука о поверхностных явлениях и физико-химических свойствах дисперсных систем.
Адсорб.
Адсорб.
Адсорб.
Адсорб.
Адсорб.
Адсорб.
Адсорб.
Поверхностные явления, как правило, происходят самопроизвольно, значит присущи всем телам, имеющим реальные поверхности. Далее объектами изучения являются системы, в которых хотя бы один компонент находится в дисперсном, т.е. в раздробленном состоянии.
Выделившись из физ. химии коллоидная химия во многом вобрала ее терминологию:
Фаза – совокупность частей системы тождественных по составу и термодинамическим свойствам.
Система, состоящая из двух и более фаз, называется гетерогенной. Дисперсные системы всегда гетерогенные (гетерофазные).
Граница фаз называется межфазной поверхностью раздела.
Вещество, находящееся в дисперсном состоянии, называется дисперсной фазой.
Среда, в которой распределены частицы дисперсной фазы, называется дисперсионной средой.
Дисперсная система минимум двухфазна (фаза + среда). Отсюда объектом изучения коллоидной химии присущи два основных признака: гетерогенность (качественный признак) и дисперсность (количественный признак). Сюда можно отнести: сыпучие и пористые тела, полимеры, строительные материалы, почвы, сплавы, волокна, биологические ткани (человек – ходячий коллоид), продукты питания, лекарства, косметика, облака, туманы и т.д.
Почему возникла потребность в новой науке «коллоидная химия» - разве нельзя было объяснить поведение этих систем в рамках «физ. химии». Оказывается нельзя. Дело в том, что между степенью раздробленности вещества величиной его суммарной поверхности SΣ существует связь:
1см3 вещества l=1см S=6см2
13 частиц l=1мм SΣ=60см2
1012 частиц l=1мкм SΣ=60 000см2
1021 частиц l=1нм SΣ=60 000 000см2 (6 000м2)
Изменяются ли при этом свойства вещества?
Изменяются и очень сильно: tплавл, tфаз. перехода, электропроводность, реакционная способность и т.д.
«Коллоидная химия» стала родоначальницей новых дисциплин «нанохимии» и «супрамолекулярной химии».
Почему изменяются свойства? Посмотрим, что происходит при образовании новой поверхности:
- разрыв химических связей поверхностных атомов
- ослабление физического взаимодействия атомов на поверхности
- изменение реакционной способности на поверхности
- изменение химического состава поверхности за счет адсорбции
Т.е. поверхностный слой по своим физико-химическим свойствам представляет фактически другой материал. С увеличением степени дробления увеличивается SΣ, а значит физико-химические свойства изменяются сильнее. У веществ могут появится новые не характерные свойства: мука, текстиль, уголь в пылевидном состоянии вызывают взрыв.
Ряд явлений может быть описан только с использованием новых физических величин: σ (поверхностное натяжение), работа выхода, внутреннее давление. Потребовался новый понятийный аппарат, а это уже новая дисциплина. Представления «коллоидной химии» используются в:
Материаловедении – «нанохимия», порошковая металлургия, механохимия и т.д.
Строительные материалы – бетоны, пенопласты, краски
Экологии – аэрозоли, очистка вод, пыль
Медицина – биологические процессы, механизмы влияния на организм
Метеорология – облака, туманы
Почвоведение – капиллярные эффекты
Косметология, фармацевтика – изготовление средств и лекарств
Пищевая промышленность – изготовление шоколада, майонеза, сладостей, маргарина
Текстильная и бумажная промышленность – качество окрашивания, печатания
Ежегодно изготовляются миллионы тонн веществ в коллоидном состоянии.