2 лаба ответы на вопросы. 2 лаба Причины возникновения двойного электрического слоя (дэс)
 Скачать 21.04 Kb.
|
|
2 лаба 1. Причины возникновения двойного электрического слоя (ДЭС). Двойной электрический слой возникает при контакте двух фаз, из которых хотя бы одна является жидкой. Стремление системы понизить поверхностную энергию приводит к тому, что частицы на поверхности раздела фаз ориентируются особым образом. Вследствие этого контактирующие фазы приобретают заряды противоположного знака, но равной величины, что приводит к образованию двойного электрического слоя. Можно выделить три механизма образования ДЭС: Переход ионов или электронов из одной фазы в другую (поверхностная ионизация). Примером может служить диссоциация поверхностных функциональных групп, принадлежащих одной из фаз (как правило, твердой). Для определения знака заряда поверхности используется правило Фаянса — Панета Преимущественная адсорбция в межфазном слое ионов одного знака. Ориентирование полярных молекул в поверхностном слое. По этому механизму ДЭС образуется в случае, если вещества, составляющие фазы системы, не могут обмениваться зарядами. Для определения знака заряда поверхности используют правило Кёна, гласящее, что из двух соприкасающихся фаз положительно заряжается та, которая имеет большую диэлектрическую проницаемость. **2. Как меняется величина потенциала в ДЭС? 3. Электрокинетический дзета (ξ)-потенциал. Величина скачка потенциала на границе фаз, находящихся в движении относительно друг друга при электрофорезе и в броуновском движении т.е. на поверхности скольжения, называется электрокинетическим или ζ –потенциалом (дзета – потенциал). ζ –потенциал является потенциалом поверхности скольжения. При добавлении электролитов понижается дзета-потенциал. *4. Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на ДЭС и ξ-потенциал. Индифферентные электролиты – это электролиты, которые не содержат ионы, входящие в состав твердой частицы, или изоморфные ионы (не могут достроить решетку). Ионы этих элементов не влияют на скачок потенциала на границе раздела фаз и на плотность поверхностного заряда. Такие элементы оказывают влияние на эффективную толщину ДЭС. Если в состав элемента входят противоионы, то добавление элемента вызывает сжатие ДЭС и изменение его толщины. При вводе дополнительных ионов одного знака с противоионами значительную роль играет их адсорбционная способность, которая повышается с увеличением размеров и валентности ионов. Неиндифферентные электролиты– электролиты, содержащие ионы, способные достраивать кристаллическую решетку твердой фазы. Здесь возможны 2 варианта: 1) вводимые дополнительно ионы имеют одинаковый знак с потенциалопределяющими ионами. Тогда при небольшой концентрации элемента происходит повышение потенциала φо . Дальнейший рост концентрации приведет к сжатию диффузной части, вплоть до полного отсутствия диффузной части. 2) вводимые дополнительно ионы имеют знак противоионов. Тогда они вначале вызывают сжатие ДЭС, а при достаточно большой концентрации ведут к перезарядке поверхности. 5. Перезарядка коллоидных частиц неиндифферентными электролитами. вводимые дополнительно ионы имеют знак противоионов. Тогда они вначале вызывают сжатие ДЭС, а при достаточно большой концентрации ведут к перезарядке поверхности. 6. Перезарядка коллоидных частиц индифферентными электролитами. Крупные многовалентные ионы могут вызывать сжатие ДЭС и, кроме того, проникать в слой потенциалопределяющих ионов и применять знак ζ-потенциала. Этот эффект называют перезарядкой. Перезарядка вследствие адсорбции многовалентных ионов ведет к изменению знака электрокинетического потенциала, однако скачок потенциала на границе раздела фаз сохраняет свою величину и знак. Коагуляция._Коалесценция.__Агрегативная_устойчивость'>7. Агрегативная устойчивость дисперсных систем. Коагуляция. Коалесценция. Агрегативная устойчивость и неустойчивость определяются способностью частиц вступать в контакт, т.е. сблизиться до определенного расстояния. Контакт между частицами – это необходимое условие коагуляции. Коагуляция – слипание частиц в дисперсных системах при их контакте и образование агрегатов из слипшихся частиц. Коалесценция — слияние частиц (например, капель или пузырей) внутри подвижной среды (жидкости, газа) или на поверхности тела[1]. Коалесценция сопровождается укрупнением капель (пузырей) и обусловлена действием сил межмолекулярного притяжения. Это самопроизвольный процесс (сопровождается уменьшением свободной энергии системы). В жидкой дисперсионной среде коалесценции часто предшествует коагуляция. 8. Факторы стабилизации дисперсных систем. СТАБИЛИЗАЦИИ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ. Лиофобные дисперсные системы имеют большую поверхность раздела фаз, а, следовательно, и большой запас поверхностной энергии, что и является причиной их термодинамической неустойчивости (лиофильные системы отличаются высокой термодинамической устойчивостью). Поэтому стабилизация дисперсных систем происходит в том случае, если удается снизить поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Факторы, способствующие снижению свободной поверхностной энергии, называются термодинамическими. Наряду с термодинамическим известны и другие факторы, способствующие стабилизации дисперсных систем. Кратко рассмотрим эти факторы (включая обобщение вышерассмотренного материала). 1. Электростатический фактор заключается в уменьшении межфазного натяжения вследствие возникновения двойного электрического слоя (ДЭС) на поверхности частиц (уменьшается свободная поверхностная энергия). Возникновение ДЭС на частицах приводит к тому, что частицы приобретают одноименный заряд, что способствует их отталкиванию и препятствует слипанию в более крупные агрегаты. Таким образом, сохраняется устойчивость дисперсной системы. 2. Адсорбционно-сольватный фактор состоит в уменьшении межфазного натяжения при взаимодействии частиц дисперсной фазы со средой, включающем в себя процессы адсорбции и сольватации. На поверхности частиц дисперсной фазы могут адсорбироваться молекулы растворителя или других растворенных веществ. Частицы приобретают сольватную оболочку (или адсорбционно-сольватную), которая препятствует слипанию частиц. Механизм действия сил отталкивания в этом случае можно представить как совершение работы для разрушения сольватных слоев и для частичной десорбции молекул при сближении частиц. Такие системы могут быть устойчивы даже при отсутствии электрического потенциала на поверхности частиц (при отсутствии ДЭС). Такие системы мало чувствительны к электролитам (только через механизм высаливания). Примером устойчивых систем такого типа служат растворы неионогенных ПАВ, ВМС, твердых веществ, обладающих высокой гидрофильностью, (например, оксиды алюминия, кремния, железа). 3. Энтропийный фактор, как и первые два, относятся к термодинамическим. Он действует в системах, в которых частицы или их поверхностные силы участвуют в тепловом движении. Сущность его состоит в стремлении дисперсной фазы к равномерному распределению по объему системы, а это уменьшает вероятность столкновения частиц и их слипания. Энтропийное отталкивание можно объяснить, исходя из непосредственного взаимодействия частиц с поверхностными слоями, в которых есть подвижные противоионы или длинные и гибкие радикалы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и высокомолекулярных соединений (ВМС). Такие радикалы обладают множеством конформаций. Сближение частиц приводит к уменьшению степеней свободы или конформаций, а это приводит к уменьшению энтропии, и, следовательно, к увеличению свободной поверхностной энергии, что является термодинамически невыгодным процессом. Таким образом, этот фактор способствует отталкиванию частиц. 4. Структурно-механический фактор является кинетическим. Его действие обусловлено тем, что на поверхности частиц имеются пленки, обладающие упругостью, разрушение которых требует затраты энергии и времени. Обычно такую пленку получают, вводя в систему стабилизаторы – ПАВ и ВМС (коллоидная защита). Высокие прочностные характеристики поверхностные слои приобретают благодаря переплетению цепей ВМС и длинноцепочечных ПАВ, а иногда и в результате полимеризации. 9. Порог коагуляции. Коагулирующая способность. Порог коагуляции – это наименьшая концентрация электролита, при которой начинается коагуляция. Коагулирующая способность – величина обратная коагуляции. 10. «Медленная» и «быстрая» коагуляция. Ход коагуляции в зависимости от концентрации коагулирующего электролита можно подразделить на две стадии: медленную и быструю. При медленной коагуляции изменение концентрации коагулирующего электролита сопровождается резким изменением скорости коагуляции. В области быстрой коагуляции увеличение концентрации коагулирующего электролита не вызывает изменение скорости коагуляции, достигшей своего максимального значения. 11. Правило Шульце-Гарди. Щульце, а за ним Гарди, изучая влияние электролитов на коагуляцию, установили следующее правило: из двух ионов электролита коагулирующим действием обладает тот, знак которого противоположен знаку заряда коллоидных частиц, причем это действие тем сильнее, чем выше валентность коагулирующего иона (правило Щульце-Гарди или правило значности). 12. Лиотропные ряды. ЛИОТРOПНЫЕ РЯДЫ - ряды ионов, расположенные в порядке усиления или ослабления их влияния на св-ва р-рителя (вязкость, поверхностное натяжение, растворяющую способность и др.), а также на скорость и глубину хим. р-ций и физ.-хим. процессов в данном р-рителе. Это влияние наз. лиотропным действием ионов и обусловлено гл. обр. сольватацией (в случае водных систем - гидратацией). Напр., по возрастающей способности адсорбироваться из водных р-ров на адсорбентах, уменьшению высаливающего и ослаблению коагулирующего действия и нек-рым др. св-вам составляются след. лиотропные ряды: Li+, Na+ , NH4+, K+, Rb+, Cs+, Tl+, Ag+, UO22+, Be2+, Mg2+ , Cd2+ , Ca2+, Sr2+, Ba2+, F-, CH3COO-, НСОО-, Сl-, Вr-, NO3-, I-, CNS-. Последовательность ионов в этих рядах соответствует уменьшению энергии гидратации. В том же порядке возрастает сродство катионов к сильнокислотным катионитам и анионов к сильноосновным анионитам в процессах ионного обмена. При изменении состава р-рителя, концентрации водородных ионов, т-ры порядок расположения ионов в лиотропных рядах может меняться вплоть до полного обращения. |