Ответы к Колойдной химии экзамен, Мирэа тхт. Все лекции по колде. 1. Предмет коллоидной химии. Почему поверхностные явления и дисперсные системы изучают в рамках одной дисциплины коллоидной химии Значение коллоидной химии для технологии

• Название: 1. Предмет коллоидной химии. Почему поверхностные явления и дисперсные системы изучают в рамках одной дисциплины коллоидной химии Значение коллоидной химии для технологии
• Анкор: Ответы к Колойдной химии экзамен, Мирэа тхт
• Дата: 31.03.2022
• Размер: 2.71 Mb.
• Имя файла: Все лекции по колде.doc
• Тип: Документы; #430098
• страница: 1 из 7

1. Предмет коллоидной химии. Почему поверхностные явления и дисперсные системы изучают в рамках одной дисциплины -коллоидной химии? Значение коллоидной химии для технологии.

П од дисперсной системой понимают гетерогенную систему состоящую минимум из 2 фаз. Фаза состоит из отдельных частиц называемых дисперсной фазой(она непрерывна и дисперсна). Фаза в которой распределены частицы называют дисперсной средой(она непрерывная и сплошная). Ультрадисперсные системы: размер 1-100нм. Объекты: пленки, нити, капилляры, тк в них больше всего проявляются поверхностные явления.

n,%

50

10^-9 l,м

Фундаментальные особенности ультрадисперсного состояния вещества: состояние которое находится между молекулярным соединением и компактной массой материала. Причины характеризующие ультрадисперсные частицы:1)n^s=n^v; F^s=U 2)колебания поверхностных атомов ультрадисперсных частиц происходит с большей амплитудой и меньшей частотой, чем в объеме 3)если размеры частиц в пределах 10-30нм, то в металлических частицах возникают 2 типа-1) внешняя икосаиндрическая 2) внутренняя 4) структура ультрадисперсных частиц метастабильна и соответствует энергонасыщенному состоянию вещества, что приводит к усилению физико-химических и физико-механических свойств.

2. Признаки объектов коллоидной химии: гетерогенность и дисперсность.

-Гетерогенность- качественный признак изучаемых объектов, указывающий на наличие нескольких фаз (σ_мф)

-Дисперсность (раздробленность) вещества -количественный признак. Оценивается 3 параметрами: 1) d, l, a- метры 2) D-дисперсность =1/а (м^-1) 3)удельная поверхность S_уд=S₁₂/V (м^-1); S_уд=S₁₂/V (м²/кг); S_уд=4πr²/(4/3) πr³=3/r- для сферической частицы.

Оба признака неотделимы друг от друга.

-Поверхностная энергия: F= σ_мф* S₁₂

Основные свойства лиозолей:1) рассеянье света (ополиссенция) 2)медленная диффузия 3) малое и непостоянное по величине осмотическое давление 4)диализ 5)электрофорез

5) седиментационная устойчивость 7) способность к выпадению осадка при механическом воздействии или добавлении электролита, происходит без теплового эффекта(коагуляция)

3. Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы.

Подразделяются на 1) ультрадисперсные (ультрамикрогетерогенные) частицы, размер 1-100нм 2) микрогетерогенные 10^-7(-6)-10^-5(-4) (1-100мкм) 3) грубодисперсные больше 10^-4

S уд

1-молекулярнодисперсные( не могут образовывать

дисперсных фаз)

1 2 3 4 2- ультрадисперсные

3- микрогетерогенные

4- грубодисперсные
d, м

4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсной среды.

Дисперсионная среда	дисперсная фаза	условное обозначение	название
твердые золи
тв	тв	т/т	сплавы
тв	ж	ж/т	пористая система
тв	г	г/т	твердая пена
лиозоли
ж	тв	т/ж	золи (нм), суспенции (мкм)
ж	ж	ж/ж	эмульсии
ж	г	г/ж	пены
аэрозоли
г	тв	т/г	дым
г	ж	ж/г	туман
г	г	г/г	не существует

5. Классификация дисперсных систем по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

лиофильные	лиофобные
сольватированны	не взаимодействуют
образуются самопроизвольно	образуется принудительно с затратой работы
образование сопровождается уменьшением свободной энергии.↓ ΔF	есть избыток свободной энергии ΔF>0
устойчивы	устойчивы только в присутствии стабилизатора
обратимы	необратимы
термодинамически равновесны	термодинамически не равновесны
σмф< σкр	σмф> σкр

6. Классификация дисперсных систем по взаимодействию частиц дисперсной фазы.

Свободнодисперсные системы(без структурные системы, аэрозоли, дымы, суспензии, эмульсии)

Связнодисперсные системы(гели, пены эмульсии).

7. Классификация поверхностных явлений.

1) физические- изотермическая перегонка, смачивание, коагуляция (способность к выпадению осадка при механическом воздействии или добавлении электролита, происходит без теплового эффекта); в твердых телах- трение, адгезия.

2) химические- адсорбция, коррозия dG=SdT+VdP+σdS+Σμ_in_i+φdq

1) σdS ↔dG, увеличение дисперсности следовательно увеличение реакционоспособности

2) σdS ↔SdT, может переходить в теплоту( при изотермической перегонке, смачивании)

3) σdS ↔ VdP,может переходить в механическую энергию ( при адсорбции, адгезии)

4) σdS ↔ Σμ_in_i, может переходить в химическую энергию (когезия)

5) σdS ↔ φdq, может переходить в электрическую энергию (двойной электрический слой)

Термодинамика поверхностного слоя





δ толщина поверхностного слоя

8. Общие причины отличия состояния поверхностного слоя от объемных фаз. Изменение плотности свободной энергии на границе раздела в лиофобных и лиофильных системах.

О тличия:1) отличие внутренней энергии U^α≠U^β≠U^s 2) взаимодействие в поверхностном слое осуществляется в нескомпенсированном силовом поле.
Несимметричное силовое поле( на поверхности) сила направлена в более плотное силовое поле dA=-σdS dF=σdS

σ поверхностное натяжение- обратимая изотермическая работа

образования единицы поверхности, которая затрачивается на преодоление межмолекулярных сил и переходит в поверхностную энергию; сильно зависит от температуры и полярности вещества. плотности в различных фазах не равны между собой (f)

3 ) число компонентов не равны между собой n_i^α≠n_i^β≠n^s 4) S ^α≠S ^β≠S^s

S^s >S^β S^s >S^α

Интенсивные и экстенсивные свойства гетерогенных систем

Интенсивные свойства- при составлении сложной системы выравниваются независимо от количества (p,T,μ_i, (дF/дv) ;

δ-толщина поверхностного слоя




f δ≈10А°, F>0 f δ≈100-1000А°

f f

Лиофобная система лиофильная система

Экстенсивность- при составлении сложной системы свойства складываются, зависят от количества вещества (m, n_i, U, S, F, G)Uα=U^β=U^s

9. Поверхностное натяжение, его определения и размерности.

Поверхностное натяжение- изменение свободной энергии приходящееся на единицу площади. Σ- расстояние по обе стороны от границы раздела фаз за пределами которого св-ва слоя перестают отличаться от свойств объемных фаз; сила действующая на единицу длинны контура, направленная тангенсально к нему и стремящаяся этот контур сократить. (Дж /м²б Н/м), (эрг/см², дин/см).

10. Метод избыточных величин Гиббса. Вывод фундаментального уравнения Гиббса для свободной энергии системы с плоской границей раздела фаз.

2 понятия. Разделяющая поверхность- фиктивная разделяющая поверхность, на которой происходит разрыв непрерывно в плоскостях( m, S, F). Поверхность разрыва –толщина поверхностного слоя.

Предпосылки: α и β включают в себя часть поверхностного слоя и считается однородным вплоть до раздела поверхности. Разделяющая поверхность- это гетерогенная поверхность, воспроизводящая форму поверхности разрыва и параллельная ей. Каждая точка разделяющей поверхности находится в одинаковых условиях, положение поверхности фиксировано по величине адсорбции, разность между экстенсивными величинами в реальной и идеальной системе представляет собой избыточную величину, которую относят к разделяющей поверхности.

В ывод:

Г, α dV α
Ж, β dS β

Для поверхностной энергии:

Для открытой системы: ;

Для открытой системы:
11. Вывод фундаментального уравнения Гиббса для свободной энергии плоского поверхностного слоя, его анализ.

δ<


σdS -работа увеличения единицы поверхности; SdT –связанная энергия слоя;

Σμ_idn_i^s- вещественный обмен между фазами и поверхностным слоем.

Анализ уравнения Гиббса для плоского поверхностного слоя: 1)

Поверхностное натяжение-изменение свободной энергии приходящейся на единицу площади.

2) при ↑T(dσ/dT)<0, (dF^s/dT)<0, a S^s↑ 3) Химический потенциал- мольное приращение свободной энергии при постоянном объеме при переходе i-ого компонента в поверхностный слой.

12. Понятие об адсорбции. Причины адсорбции. Количественные характеристики адсорбции.

Адсорбция- процесс выравнивания химических потенциалов между поверхностью и объектом, приводящий к изменению концентрации компонента на поверхности. Адсорбция- сгущение( концентрирование) вещества на границе раздела фаз. dF>0, F. Причина адсорбции- уменьшение поверхностной энергии dF и Σμ_idn_i. Условия адсорбции: выходит на поверхность компонент, который приводит к уменьшению поверхностного натяжения. Т^s=T^α=T^β . Адсорбция отличается от диффузии тем, что она идет в сторону расхождения концентраций. Фаза на которой происходит адсорбция называется адсорбент. 3 вида адсорбции: 1) на границе газ-тв. тело 2)раствор-газ 3)раствор-тв тело.

Количественные характеристики адсорбции: а (моль/г), (кмоль/кг)-емкость монослоя

Α (моль/см²), (кмоль/м²)-поверхностная концентрация. Г- гибсовская адсорбция =n_i/S (кмоль/м²), показывает избыток числа молей компонента в поверхностном слое по сравнению с содержанием в объеме.

13. Вывод адсорбционного уравнения Гиббса для разбавленных растворов, его анализ.

Адсорбция на границе раствор газ отличается от адсорбции на границе газ-тв тело 1) тем, что система трехкомпонентна 2) в в жидкости адсорбционное равновесие устанавливается медленнее, чем в газе 3) адсорбция не локализовала 4)к описанию адсорбции применим термодинамический подход.

Вывод:

-уравнение первой степени относительно величин стоящих под знаком дифференциала. -дифференциальное уравнение

при Т=const, Г_i=n_i^s/S dS=-Σdμ_iГ_i- фундаментальное уравнение Гиббса. Для 2-х компонентной системы:

; если адсорбция растворителя равно 0, то ; если говорим только об одном веществе: a_i=c_i

Для разбавленных растворов:

Анализ: 1)↑с ↓σ- ПАВ , для ПАВ g>0; (дσ/дc)<0 , Г>0. ПАВ- вещества способные адсорбироваться на границе фаз, имеют дифильное строение. К ПАВ относятся- карбоновые кислоты и их соли, соли сульфокислот, алкил бензолсульфонаты.

– характерно: малая растворимость в данном растворителе, - σ_пав всегда меньше σ_раств,

- взаимодействие ПАВ-растворитель всегда меньше, чем взаимодействие растворитель-растворитель.

σ Г ПАВ

σ₀
ПАВ
с с

2)ПИВ характерно: ↑с ↓σ g<0; (дσ/дc)> 0 , Г<0- находятся в объеме раствора (электролиты)

σ Г высокая растворимость σ_р-ля< σ_р-ра

взаимодействие ПИВ-р-тель>р-тель-р-тель

ПИВ
σ₀ с

с ПИВ
3)ПНВ ↑с ↓σ g=0; (дσ/дc)= 0 , Г=0 σ_р-ра= σ_р-ля( сахара)

σ Г
ПНВ

σ₀

ПНВ

с с