Пользуясь уравнением (3) можно экспериментально определить радиус частицы по известным значениям вязкости и коэффициента диффузии

ЮЖНЫЙ ФИЛИАЛ НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА БИОРЕСУРСОВ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

«КРЫМСКИЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет механизации производства и технологии переработки сельскохозяйственной продукции

Кафедра технологии и оборудования производства жиров и эфирных масел

Методические рекомендации для проведения лабораторно – практических занятий по дисциплине «Коллоидная химия»

для студентов 3-го курса специальности 6 091 700: «Технология жиров и жирозаменителей», «Технология бродильных производств и виноделия», «Технология хранения, консервирования и переработки молока»

Тема 1. Молекулярно – кинетические свойства коллоидных систем

Тема 2. Электрокинетические свойства в коллоидных системах

Тема 3. Получение, устойчивость и коагуляция коллоидных систем

Симферополь 2011 г.

Сборник заданий составлен к.т.н., доцентом кафедры технологии и оборудования производства жиров и эфирных масел Ножко Е. С.

Рецензент: к. т. н., доцент кафедры земледелия и агрономической химии Пономарева Т. Г.

Методические рекомендации по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» рассмотрены и одобрены на заседании кафедры технологии и оборудования производства жиров и эфирных масел

Протокол № 7 от 3 марта 2011 г.

Сборник заданий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» рассмотрен и рекомендован к использованию в учебном процессе методической комиссией факультета механизации производства и технологии переработки с/х продукции

Протокол №. 8 от 6 апреля 2011 г.

Председатель методической комиссии

факультета к. с/х н., доцент В. С. Рутенко

Ответственный за выпуск заведующий кафедрой технологии оборудования и производства жиров и эфирных масел д.т.н., профессор Шляпников В. А.

Содержание

Стр.

Тема 1. Молекулярно – кинетические свойства коллоидных

систем ………………………………………………………………………. . ..4

Обучающие задания…………………………………………………….4

1.1. Контролирующие задания ……………………….....6

Тема 2. Электрокинетические явления…………………………………….....7

2.1.Краткие теоретические основы……………………………………..7

2.2. Задачи для самостоятельного решения…………………………11

2.3 Экспериментальная часть………………………………………….13

Тема 3. Получение, устойчивость и коагуляция коллоидных систем…... ..16

3.1. Краткие теоретические основы…………………………………….16

3.1.1. Получение коллоидных систем. Строение мицеллы…………………16

3.1.2. Устойчивость золей……………………………………………………...17

3.2. Задачи для самостоятельного решения……………………..19

3.3. Экспериментальная часть……………………………………..19

Лабораторная работа №1. Получение гидрофобных коллоидных систем.19

Лабораторная работа №2. Определение порога коагуляции золя

гидроксида железа (+3)………………………………………………………….21

Лабораторная работа №3. Изучение явления защиты золя………………....21

Теcт по темам: «Электрокинетические свойства коллоидных систем.

Строение двойного электрического слоя. Строение мицеллы»…………….22

Рекомендуемая литература…………………………………………………….25

Тема 1. Молекулярно – кинетические свойства коллоидных систем

1.1. Обучающие задания

Основные понятия и определения:

*** Мера раздробленности вещества или степень дисперсности: , м³,

где а – размер частицы: d - диаметр для шарообразной, l - ребро куба для кубической.

*** Удельная поверхность S(уд.) = S/V ≈ s/v, м³,

где S и V– суммарные поверхность и объем дисперсной фазы; s и v - поверхность и объем одной частицы.

*** Число коллоидных частиц в заданном объеме золя:

ν =m (вещества)/ m(коллоидной частицы).

*** Количество вещества коллоидных частиц: n_d = ν/N_A.

*** Частичная (счетная) молярная концентрация золя: c_d = n_d / V(золя).

*** Средняя молярная масса коллоидной частицы:

M_d = m (коллоидной частицы) ×N_A, г/ моль

Основные константы:

Постоянная Авогадро N_A = 6,02× 10²³ моль^-1

Универсальная газовая постоянная R = 8,314 Дж/ К моль (система СИ) или R = 62,36 л (мм рт. ст.)/К моль

1 а .е м. = 1,66 ×10^{-24 г}

Постоянная Больцмана k = R/ N_A = 1,38×10-23 Дж/К

1. Диффузия – самопроизвольный процесс выравнивания концентрации по всему объему раствора за счет броуновского движения.

Уравнение Эйнштейна позволяет связать коэффициент диффузии D с величиной среднего сдвига:

(1)

Уравнение Эйнштейна – Смолуховского связывает величину среднего сдвига с вязкостью η и формой частиц:

(2)

Объединив уравнения (1) и (2), для частиц сферической формы получим:

(3)

Пример 1. Оцените коэффициент диффузии сферической частицы радиусом 1,5 ×10^{-9 м в воде при 300о}К.

Решение.

Воспользуемся уравнение (3). R/ N_A = k – постоянная Больцмана; η (Н₂О) = 1 ×10^-3 Н с/м².

Пользуясь уравнением (3) можно экспериментально определить радиус частицы по известным значениям вязкости и коэффициента диффузии.

2. Седиментационно – диффузионное равновесие коллоидных частиц

Для шарообразных частиц с радиусом r при их падении в жидкости с вязкостью η сила трения рассчитывается по формуле:

F = (4),

где U –скорость оседания частицы.

Эффективный вес G этих частиц:

(5),

где ρ - плотность частиц, ρ₀ – плотность среды, g - ускорение силы тяжести.

Постоянная скорость оседания достигается при G = F:

(6)

Если средой является вода, вязкость которой η(Н₂О) = 1×10^-3 Н с/м², а плотность ρ = 1000 кг/м³, по формуле (6) легко рассчитать радиус оседающей частицы:

(7)

Зная высоту столба жидкости Н и время осаждения τ, можно рассчитать скорость: . При (ρ – ρ₀) < 0 происходит всплытие частиц, при (ρ – ρ₀) > 0 – оседание.