Файл: colloid_grig.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.10.2025

Просмотров: 1298

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

з

1.ВведеНИ~1

В курсе «Поверхностные явления и дисперсные систе­

МЫ» рассматриваются процессы, протекающие на границе

раздела фаз и влияние свойств границ на состояние дисперс­

ных систем (устойчивость, коагуляция).

Под дисперсной системой понимается гетерогенная сис­

тема, в которой одна или несколько фаз находится в измель­ ченном (диспергированном) состоянии. Измельченную фазу

назывa:кYt дисперсной фазой, а среду, в которой она находиг-

_

w

ся - дисперсионнои средои.

Молекулы вещества находящиеся на границе раздела

фаз по термодинамическим свойствам отличаются от таковых в объеме, даже для однокомпонентиой системы в силу разной интенсивности молекулярного поля соседствующих фаз. Это

приводит к тому, ЧТО они втягиваются в фазу с более интен­

сивным молекулярным полем, .в результате чего вдоль грани­

цы раздела возникаer натяжение, которое на границе раздела

конденсированной и газообраз~ой фаз называется поверхно­

стным натяжением «О), а на границ~ двух конденсированных

фаз - межфазныIM «01-2».

При увеличении границы раздела фаз молекулы из глу­

бины фазы должны переместиться на границу раздела фаз, т.е. переЙТи из более глубокой потенциальной ямы в более

мелкую. на зто затрачиваerся работа против молекулярных

сц т.е. для увеличения границы раздел фаз затрачивается

работа. Работа необходимая для увеличения поверхности

раздела на единицу при постоянном объеме и температуре и

будет определением поверхностного натяжения.

Следовательно, размерность поверхностного натяжения

[а] = ДжJ"; ИЛИ эрг/см2.

Работу по увеличению поверхности раздела на величину

площади SПЛ при Р и Т постоянных равную свобоДНОЙ энер­

гии поверхностного слоя можно выразигь как

 

БW = FS(P,T) = аSIШ

(1)

Одновременно поверхностное натяжение можно рас­

сматривать, как вектор -- силу, приложенную к единице дли­

ны контура, ограничивающеro поверхность. Все это наглядно

4

можно представить на опьгге Дюпре (рис. 1) по растяжению

пленки (2) с силой f при перемещении ПОДВИЖНОЙ перемычки

на некоторое расстояние бх

~'I

g

,

~~i 8

f

f

. }JC\ 1

Рис. 1

в ЭТОМ случае

 

oW ::::; f2b6x = fcrSпл

(2),

а

а = оW/8Snл = f

(3)

Очевидно, что ОСНОВНыми признаками объектов колло­

идной (дисперсной) системы будет ее гетерогенность и ДИС­

персность. Причем первая является качественной характери­

стикой, а вторая - количественной. Последняя обычно опре­

деляется тремя параметрами: d - размером частицы, D = l/d обратной величиной или дисперсностью и удельной поверх-

ностью

Sуд = SI-2N

(4)

где SI..2 - поверхность частицы, V - ее объеМ.

 

для сферы

 

Sуд == 6/d

(5)

Таким образом, объектом изучения являются все гетеро­

генные системы, особенно обладающие сильно развитой по­

верхностью.

Иными словами курс «Поверхностные явления и дис-

v

~

персные системы) изучает своиства и взаимодеиствия между

макроскопическими частицами. Человечество использовало

такие объекты еще с древних времен (гончарное ПРОИЗВОДСТ­ ВО, выделка KO~ земледелие и др.). Научное изучение этой

дисциплины И выделение её, как самостоятельной области

ХИМИИ произошло после работ итальянца Ф. Сельми и осо­ бенно английского ученого Т. Грема в 1861 г. Последний чет-

4

можно представить на onbrre Дюпре (рис. 1) по растяжению

пленки (2) с силой f при перемещении ПОДВИЖНОЙ перемычки на некоторое расстояние бх

-~

>*1

1 f

I

Рис. 1

в этом случае

 

 

БW = t2Ьбх = fаSпл

(2),

а

(J == БW/оSпл = f

(3)

Очевидно, что основными признаками объектов колло­

ИДНОЙ (дисперсной) системы будer ее гетерогенность и дис­

персиость. Причем первая является качественной характери­

СТИКОЙ) а вторая - количественной. ПоследЮIЯ обычно опре­

деляется тремя параметрами: d - размером частицы, D = l/d

обратной величиной или дисперсностью и удельной поверх-

ностью

Sуд = Sl-2N

(4)

где Sl-2 - поверхность частицы, V - ее объем.

 

для сферы

 

Sуд = 6/d

(5)

Таким образом, объектом изучения ЯВЛЯЮТСЯ все гегеро­

генные системы, особенно обладающие сильно развитой по­

~ерхностью.

ИRЫМИ словами курс «Поверхностные явления и дис-

.,

u

персные системы» изучает своиства и взаимодеиствия между

макроскопическими частицами. Человечество использовало

такие объекты еще с древних времен (гончарное производст­

ВО, выделка кож, земледелие и др.). Научное изучение ЭТОЙ

ДИСЦИIlЛИНbl И выделение её, как самостоятельной области

ХИМИИ произошло после работ итальянца Ф. Сельми и осо­

бенно английского ученого Т. Грема в 1861 г. Последний чет-

5

](0 сформулировал различие между истинными растворами и

дисперсными системами (КОЛЛОИДНЫМИ растворами). Так как

основными объектами исследования были растворы клея, то

такие растворы он назвал КОЛЛОИДНЫМИ (от греческого «col8.»

- .клей). В настоящее время эта наука включает более широ-

v

КИИ диапазон дисперсности, охватывая прапически все гете-

рогенные системы. Отметим в зак.гiючение, что коллоидные

~

растворы отличаются от истинных совокупностью своиств,

которые обычно называют коллоидно-химическими:

1.Малая ПОДВИЖНОСТЬ, частиц в КОЛЛОИДНЫХ растворах по сравнению с молекулами в ИСТИННЫХ растворов (молеку­

лярно-кинетические свойства)

2.Большая способность частиц к рассеянию света по

сравнению с молекулами истинного раствора (оптические

свойства).

3.Способность частиц перемещаться в электрического

поле в отличие от незаряженнъrx молекул истинного раствора

(электрические свойства).

4.Способность частиц удерживаться в отличие от моле­

кул (кроме молекул ВМС) полупроницаемыми мембранами~ способность к диализу.

5.0граниченная устоЙЧИвосгь растворов во времени.

2. Кл8~СИфИКациSl дисперсных ~истем.

Дисперсные системы чрезвы~чайно разнообразны, по­ этому целесообразно их классифицировать по некоторым

признакам:

1. По степени дисперсности.

2. По агрегатному состоянию з. ПО ПОДВИЖНОСГИ дисперсной фазы.

4. По взаимодействшо дисперсной фазы с дисперсион-

...- ~

нои средои

1. По степени дисперсности обычно рассматривают зависи­

мость удельной поверхности Sуд от радиуса дисперсной час­

ТИЦЫ, (рис.2)

6

 

 

 

:r

 

.....

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'!

 

 

 

 

 

 

.....

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис~2

1. Системы, в которых размер частиц npедставлен в диа­

пазоне 10·9-10·1 M~ называют ультрадисперсными, коллоид­

НЫМИ или золями.

п. в Диапазоне 10·7_10·S м - микрогетерогенными.

IП. В диапазоне больше 10·5 М - грубодисперсныи•.

Основную классификацию проводsrr по агрегатному состоя­

нию дUcnepcHoй фазы - первый символ, и по состоянию дUc­

nерсuонnой среды, - второй символ. Поскольку ОСНОвных аг-

..,

регатных СОСТОянии три, ТО, возможно., представить девять

групп..табл. 1

 

 

 

 

Табл.l

 

 

УСАО8вое

 

ар ,

...

 

 

odoa.......

Ианави. CIIcтt811 JI

 

 

сист......

 

 

 

 

 

 

ь V

,

 

 

 

 

Tгr

 

 

Жи.u.а

 

 

 

Гаsooбрu·

ггr

 

 

_.,.

 

~"'I.

 

ТаерАа.

ТIЖ.

 

 

ЖвJUtаR

 

 

 

Газообраз­

 

 

 

на.

 

fазообраl-:. Т.ера••

т/г

ва.

 

~HДKa.

'1КJr

 

 

Га300БР88..

~ г/г

-

 

на.

-

v

•

 

 

 

 

 

T.epAlle feltepore.Bile CJlcreJlbl: 1dI..

иерuы. CПJIа..., C1IТ8JUlWt 6етОа, 811·

nosицвоRИ9е .aтep.~

!<ап1l4Jl_риы.e е.ете....: ~AJWCnr.

впорвстых ~8Х1 8 ••eo(Кleвras;

почв... rpyaтbl

Лор_стке тела: .aco~вты R хат.­

J'lизатор.. • rаэu

СуспензИ1l н 3011.: npOIIWlWletnnIe-

eyeneвa8B. ПУ'nЪDЫ, ..ееа. nanbl,

MJlbl

Эмульсии: DрИJICJUlа. иефть. ире_Н.

молохо

 

 

 

о

Газовые 9l1Ул.ьсии • lteКbI: фnотаuн ...

и..е,

ПРОТИВОuо.арвые.

IDIJIlIlUIIe-

пены

 

 

 

hрозOJlМ (UЫJIJJ, JDiIlN),

пороlD10l

А9РОЗОАИ: "уarlИЫ •

,-о. 1IJICJIe про,,­

МW1Шtе'llнwе, облака

 

 

КOЛJIOIf4На. с.стеlf. "е 06р."Уетеа

. .....

•

..;.

7

Сочетание Г!г не образует при обычных условиях гете­

рогенной системы. Такая система может образоваться только

при высоких давлениях, напрмер, при синтезе aMMJtIaKa

3 По nодвu;жносmu дисперсной фазы. Если в системе

может свободно перемещатъся дисперсная фаза, то такую систему называют свободно - дисперсной, если не может (пористые тела, твердые золи)) ТО СВЯЗНО - дисперсной.

4. По взаимодействию дисперсной фазы и дtlсnерсuон­

ной среды Различие термодинамических свойств в системе могут быть велики тогда межфазное натяжение 01-2 будет

большим, такие системы обычно называют лиофобными, на­

пример~ металл в воде., или малым - такие системы назыIают

лиофилъными, (гидраты ОКИСЛОВ в воде, растворы коллоид­

ных ПАВ).

3. Термодинамика поверхностных явлений.

3. 1. Вклад межфазного C40~ в теРМО1!и...нам.~ч..еские свойства

диспеРС!fЬ~ систем.

Как отмечалось в введении~ молекулы в межфазном

~

слое отличаются по термодинамическим своиствам от тако-

ВЫХ в объеме При высокой дисперсности дисперсной фазы

ДОЛЯ молекул в поверхностном слое может достигать значи­

тельной величины, ~ 50% для золей. ПозтоА-1У такая система

""

ПО термодинамическим своиствам в целом может сильно ОТ-

личаться от нераздробленной и это ПРИВОДИТ к необходимо­

сти учесть зто. В настоящее время известны два мeroда, ко­

торыми можно определить ЭТОi вклад:

·1) Метод избыточных величин Гиббса.

2)Метод слоев конечной толщины.

Рассмотрим применение метода избыточных величин

Гиббса. Для описания термодинамических свойств межфаз­

ного слоя Гиббс применил разработанный им ранее метод

термодинамичеСКllХ функций со следующими дополнитель­ НЫМИ условиями. Он предложил рассматривать термодина­

мические свойства слоя, как избьrrки термодинамических

~

...,

) СВОИСТВ гетерогеннои системы после удаления из нее чи:стых

Смотрите также файлы