Тема 4. Электрокинетические явления в дисперсных системах

Образование двойного ионного слоя путем избирательной адсорбции ионов и поверхностной диссоциации. Строение двойного ионного слоя (ДИС). Распределение потенциала в пределах двойного ионного слоя. Термодинамический потенциал. Электрокинетический потенциал. Строение мицеллы. Изменение двойного ионного слоя и электрокинетического потенциала под действием электролитов, влияние концентрации и заряда иона. Поведение дисперсных систем в электрическом поле. Прямые электрокинетические явления: электрофорез и электроосмос, их значение и применение. Методы определения электрокинетического потенциала. Обратные электрокинетические явления: потенциал седиментации и потенциал течения, примеры их проявления и применение.

Литература: Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: изд. «Лань», 2003, гл. 8, с. 101-114.

Тема 5. Молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидных систем

Броуновское движение. Величина среднего сдвига. Диффузия, особенности ее в дисперсных системах. Закон Фика. Зависимость диффузии от температуры. Связь коэффициента диффузии с величиной среднего сдвига. Особенности осмотического давления коллоидных систем. Седиментация в дисперсных системах. Уравнение Стокса. Основы седиментационного анализа. Кривая распределения частиц по размерам.

Рассеяние света. Опыт Тиндаля. Уравнение Рэлея, его анализ и границы применимости. Светопоглощение коллоидными системами. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Определение размера и формы коллоидных частиц оптическими методами. Нефелометрия. Турбидиметрия. Ультрамикроскоп. Электронный микроскоп.

Литература: Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: изд. «Лань», 2003, гл. 7, с. 89-98; гл. 9, с. 117-121.

Тема 6. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем

Причины неустойчивости дисперсных систем. Агрегативная и кинетическая неустойчивость дисперсных систем.

Агрегативная устойчивость. Типы стабилизаторов. Коагуляция. Скрытая и явная коагуляция. Правила коагуляции. Порог коагуляции.

Кинетика коагуляции электролитами. Быстрая коагуляция. Медленная коагуляция. Факторы устойчивости лиофобных золей. Теория устойчивости лиофобных золей ДЛФО. Коагуляция электролитами. Правила коагуляции электролитами. Пороговая концентрация. Правило Шульце-Гарди. Коллоидная защита. Сенсибилизация. Гетерокоагуляция.

Литература: Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: изд. «Лань», 2003, гл. 10, с. 124-146.

Тема 7. Структурированные дисперсные системы

Коагуляционные структуры. Тиксотропия. Синерезис. Конденсационно-кристаллизационные структуры. Структурно-механические свойства дисперсных систем. Свободно-дисперсные (бесструктурные) системы. Законы Ньютона, Пуазейля и Эйнштейна. Удельная вязкость. Жидкоообразные структурированные системы. Ньютоновые и неньютоновские жидкости. Уравнение Бингама. Предельное напряжение сдвига. Предел текучести. Реологические кривые бесструктурных и структурированных коллоидных систем. Литература: Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: изд. «Лань», 2003., гл. 11, с. 149-159.

Тема 8. Растворы высокомолекулярных соединений (ВМС)

Основные особенности строения полимеров. Взаимодействие ВМС с растворителем. Свойства растворов ВМС. Вязкость разбавленных растворов полимеров. Уравнение Штаудингера. Удельная вязкость, приведенная вязкость, характеристическая вязкость. Определение молекулярной массы полимеров вискозиметрическим методом, уравнение Марка-Куна-Хаувинка.

Литература: Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: изд. «Лань», 2003, г. 13 с. 178-183; Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. СПб.: Химия, 1995, гл. 7, с. 423-426.

Тема 9. Микрогетерогенные системы

Суспензии. Классификация суспензий. Методы получения суспензий. Свойства суспензий. Седиментационная и агрегативная устойчивость суспензий. Методы разрушения суспензий. Область применения в полиграфических производствах.

Эмульсии. Классификация эмульсий. Методы получения, основные характеристики эмульсий. Агрегативная устойчивость эмульсий. Типы эмульгаторов. Обращение фаз эмульсии. Способы разрушения эмульсий. Практическое применение в процессах полиграфической технологии. Пены, аэрозоли, порошки. Классификация. Общая характеристика. Методы получения. Практическое применение.

Литература: Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: изд. «Лань», 2003, гл. 15-19, с. 194-324.

Литература

1. Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: изд. «Лань», 2003.

2. Зимон А.Д. Коллоидная химия. Учебник для вузов.-М.: Агар, 2003.

3. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. СПб.: Химия, 1995

4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1988

5. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976.

Методические указания по разделам программы курса

Тема 1. Введение

Коллоидная химия — наука о поверхностных явлениях и физико-химических свойствах дисперсных систем.

Дисперсная система (ДС) — это система, в которой хотя бы одно вещество находится в раздробленном состоянии.

ДС имеет два характерных признака: гетерогенность и дисперсность. Гетерогенность означает, что система состоит как минимум из двух фаз. Фазу, находящуюся в раздробленном состоянии называют дисперсной фазой. Сплошная среда, в которой раздроблена дисперсная фаза, называется дисперсионной средой.

Характерными свойствами ДС является наличие большой межфазной поверхности.

Для характеристики ДС используются три величины:

1. Поперечный размер частиц — d (см, м), для сферических частиц это диаметр сферы, для кубических частиц — ребро куба.

2. Дисперсность (раздробленность) — D — величина, обратная поперечному размеру частиц:

(см ^-1, м ^-1).

3. Удельная поверхность S_уд — это межфазная поверхность (S_1,2), приходящаяся на единицу объема дисперсной фазы (V) или ее массы (m)

.

Для сферической частицы с радиусом r:

(м ^-1).

Для кубической частицы с ребром куба d:

S_1,2 = 6d ², V = d ³, (м ^-1).

Чтобы найти удельную поверхность единицы массы порошка (S_m), надо удельную поверхность единицы объема разделить на плотность порошка (r).

(м ²/кг).

По степени дисперсности ДС делятся на:

1. Грубодисперсные системы, d > 10^-3 см.

2. Микрогетерогенные системы,10^-5 ≤ d ≤ 10^-3 см.

3. Коллоидно-дисперсные или ультрамикрогетерогенные системы, 10^-7 ≤ d ≤ 10^-5 см.

В зависимости от агрегатного состояния все дисперсные системы делят на 9 типов. Сокращенно тип записывают в виде дроби с индексом (первая буква названия состояния) дисперсной фазы в числителе и с индексом дисперсионной среды в знаменателе. В общем случае высокодисперсные системы называют золями (гидрозоли, аэрозоли — по характеру дисперсионной среды).

Грубодисперсные системы типа т/ж носят название суспензий, типа ж/ж — эмульсий, к типу т/г относятся порошки.

По взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды ДС подразделяются на два вида:

- лиофобные, в них дисперсная фаза не взаимодействует с дисперсионной средой; к ним относятся коллоидные растворы, микрогетерогенные системы;

- лиофильные, в них дисперсная фаза взаимодействует с дисперсионной средой и при определенных условиях способна в ней растворяться; к ним относятся растворы коллоидных поверхостно-активных веществ и растворы ВМС.