- •Дефильность молекул и их ориентация на межфазной поверхности. Стандартная работа адсорбции. Растворимые пав. Уравнение Шишковского. Правило Дюкло-Траубе. Связь уравнения Гиббса с уравнением Ленгмюра.
- •Билет 2 Белые золи. Определение дисперсности белого золя по оптической плотности.
- •Билет 3 Физическая и химическая адсорбция. Природа адсорбционных сил. Полярные и неполярные адсорбенты.
- •Дэс по теории Штерна. Сравнительная хар-ка термодинамич и электрокинетич потенциалов.
- •Стабилизир и моющее действие мыл и пав. Гидрофобизация и гидрофолизация поверхности.
- •Конденсационно-кристаллизационные структуры. Структурообразование разбавленных дисперсных систем – гели, студни. Синерезис.
- •Билет 5 Классиф-ция дисп-ых систем по агрегатному состоянию дисперсн фазы и дис-ой среды
- •Билет 6 Термодинамическая неравномерность и агрегатная неустойчивость дисперсных систем. Основные факторы стабилизации.
- •Адсорбция на границе жидкость – газ. Вывод адсорбционной формулы Гиббса. Применение этой формулы для случая, когда адсорбирующееся веществл растворимо в жидкости. Поверхностная активность.
- •Электрокинетический потенциал. Влияние различных факторов на электрокин потенц: индифферентных и неиндифферентных электролитов, разбавления, конц-ия, pH среды и др.
- •Ионообменная адсорбция и ее особенности. Уравнение Никольского. Ионообменная адсорбция в природе и технике.
- •Высокопористые адсорбенты корпускулярной, пористой и губчатой структуры и методы их получения. Пористость. Интегральная и дифференциальная структурные кривые адсорбции.
- •Билет 9 Поверхностное натяжение и электрический потенциал. Механизмы образования дэс. Связь межфазного электрического потенциала с поверхностным натяжением – уравнение Липмана.
- •Газообразные и конденсированные слои на границе: раствор-газ (кривая сжатия пленки нерастворимых пав). Поверхностное давление. Весы Ленгмюра. Определение размеров молекул пав с помощью весов Ленгмюра.
- •Коагуляция коллоидных систем электролитами. Порог коагуляции. Правило Шульца-Гарди. Критическое значение электрокинетического потенциала.
- •Билет 10 Кинетическая и агрегативная устойчивость колл систем. Молекулярные и ионные стабилизаторы. Механизм их действия. Приведите примы стабилизации колл систем.
- •Билет 12 Основы теории устойчивости и коагуляции длфо. Потенциальные кривые взаимодействия частиц. Расклинивающее давление. Электростатическая и молекулярная составляющие
- •Адсорбция на границе жидкость-газ. Поверхностное натяжение растворов. Пав и пиав. Мера поверхностной и адсорбционной активности. Правило Дюкло-Траубе.
- •Дисперсность. Коллоидные системы как “предельно-дисперсные системы”, их роль в создании новых материалов, применяемых в технике.
- •Билет 13 Эффективная вязкость структурированных жидкостей и пластических тел. Зависимость ее от действующего напряжения сдвига.
- •Адсорбция электролитов. Основные закономерности. Влияние радиуса и гидратации ионов на адсорбцию. Лиотропные ряды ионов.
- •Поведение дисперсных систем в постоянном электрическом поле. Электрокинетические явления. Работы Рейса.
- •Билет 15 Теория кинетики быстрой коагуляции Смолуховского. Вывод уравнения для расчетов частиц в золе. Время половинной коагуляции.
- •Адсорбция на границе раздела фаз твердое тело-жидкость. Молекулярная адсорбция из растворов: влияние природы адсорбента, растворенного вещества и растворителя на адсорбцию.
- •Получение коллоидных частиц методом конденсации. Механизм процесса конденсации. Примеры физ и хим конденсации.
- •Билет 18 Основные реологические величины при исследовании упруго-кинетических свойств структурированных частиц.
- •Особенности адсорбции паров на пористых адсорбентах. Капилярная конденсация. Уравнение Томпсона.
- •Пептизация, как метод получения золей. Способы пептизации. Правило осадка.
- •Билет 19 Определение констант уравнения Ленгмюра: их физ смысл. Константа адсорбционно-десорбционного равновесия и её связь с температурой и теплотой адсорбции.
- •Назовите виды устойчивости дисперсных систем в соотвествии с классификацией Пескова. В чем заключается различие между лиофильными и лиофобоными колл системами?
- •Оптические методы исследования коллоидных систем. Ультрамикроскопия. Нефелометрия.
- •Билет 21 Что такое хроматография? Рассмотрите физико-химические принципы хроматографического разделения.
- •Билет 22 Нерастворимые пав. Тип пленок. Анализ кривой сжатия пленки нерастворимых пав.
- •Модели Ньютона и Бингама, ньютоновские и бингамовские жидкости. Физический смысл Ps и Pd.
- •Вязкое течение жидкостей. Уравнение Ньютона и Пуазейля. Причины неподчинения коллоидных растворов этим законам.
- •Классификация дисперсных структурированных систем по Ребиндеру. Дисперсные системы с конденсационно-кристаллической структурой.
- •Билет 28 Термодинамика поверхностных явлений. Общая характеристика поверхностных явлений. Поверхностная энергия в общем уравнении 1-го и 2-го законов термодинамики.
- •Устойчивость дисперсных систем. Потенциальные кривые взаимодействия частиц дисперсной фазы. Потенциальный барьер и его зависимость от толщины диффузного слоя.
- •Что представляют собой явления тиксотропии и реопексии? Чем обусловлены эти явления и для каких структурированных систем они характерны? Приведите примеры таких структурированных дисперсных систем
- •Билет 29 Ультрамикроскопия. Определение концентрации золей и размеров частиц. Поточный ультрамикроскоп.
- •Жидкообразные и твердообразные условно-пластичные структурированные системы: их отличие от ньютоновских жидкостей. Уравнение Ньютона и Пуазейля и их анализ.
- •Капиллярная конденсация паров в пористых адсорбентах. Сорбционно-десорбционный гистерезис. Возможные механизмы этого явления.
Вязкое течение жидкостей. Уравнение Ньютона и Пуазейля. Причины неподчинения коллоидных растворов этим законам.
При течении реальной жидкости (или газов) отдельные слои воздействуют друг на друга с силами, касательными к слоям. Это явление называется внутренним трением, или вязкостью.
Вязкое течение харак-ся пропорциональностью между напряжением и скоростью деформации и описывается з-ном Ньютона.
Уравнение ньютона P= η ε*
ε-относительная деформация, η-вязкость , P-напряжение деформации
Применение закона Ньютона в ламинарном течении трубки приводит к формуле Пуазейля
Q=US=(K/η)P
U-линейная скорость течения
P-давление
Q-расход жидкости
K-константа,определяемая геометрическими параметрами
Законы Ньютона и Пуазейля применимы для чистых жидкостей в том числе и для коллоидных систем.
Наличие структуры изменяет характер течения жидкости.
Неньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости. Обычно такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры. Если на нее воздействовать резко, сильно, быстро - она проявляет свойства, близкие к свойствам твердых тел, а при медленном воздействии становится жидкостью.
Если к вязкопластичной жидкости прикладывать напряжение сдвига, меньшим по величине, чем пороговое значени, то такая жидкость будет оставаться в покое. Как только напряжение сдвига превысит, вязкопластик начнет течь, как обычная ньютоновская жидкость. Иначе говоря, привести в движение вязкопластичную жидкость можно, лишь преодолев её предельное напряжение.
Билет 26 Применительно к каким адсорбентам адсорбция описывается теорией капиллярной конденсации? Каковы исходные положения этой теории? Почему в капиллярах пар конденсируется при давлениях более низких, чем на плоской поверхности?
Удерживание газов и паров пористыми телами и их адсорбционная способность зависят от природы взаимодействующих тел и от структуры пористого тела. Если структурный фактор для макропористых адсорбентов имеет малое значение, то уже для мезапорисгых тел его роль резко возрастает. Это обусловлено проявлением капиллярных сил, действие которых с ростом дисперсности тела непосредственно связано со сродством адсорбата к адсорбенту.
Рассматриваемые закономерности зависят от смачиваемости жидкостью поверхности пористого тела. Сродство будет достаточным при смачиваемости жидкостью поверхности твердого тела и появляющейся конденсации в порах. Только при смачивании капиллярные силы будут втягивать адсорбат в поры и обеспечивать адсорбционную способность пористого тела. Чем меньше размер пор, тем сильнее капиллярное удерживание адсорбата (в обратном случае — капиллярное выталкивание). Адсорбция на несмачиваемых поверхностях минимальна и возможна только на ровной поверхности и в крупных порах.
Адсорбция на мезапористых телах происходит по механизму капиллярной конденсации. Капиллярная конденсация начинает проявляться при определенной степени заполнения адсорбента или при определенном значении давления пара, характерном для данной системы. К этому моменту поверхностная энергия адсорбента практически полностью скомпенсирована в результате полимолекулярной адсорбции, а микропоры заполнены адсорбатом.
С увеличением давления газа или пара конденсация происходит и в более крупных порах, радиус мениска жидкости r в которых находится в соответствии с уравнением Томсона — Кельвина:
Ps- давление пара над искривл поверхн P – над плоской
Знак минус в уравнении относится к отрицательной кривизне (к вогнутому мениску), когда жидкость смачивает капилляр. В этом случае конденсация паров в капилляре происходит при меньшем давлении, чем
на ровной поверхности, то есть , а уравнение называют уравнением капиллярной конденсации.
Из уравнения Томсона — Кельвина следует, что выражение для адсорбционного потенциала имеет вид: , то есть по теории капиллярной конденсации адсорбционный потенциал принимается равным капиллярному потенциалу.
Изменение реакционной способности системы, определяемое изменением энергии Гиббса при увеличении дисперсности (искривлении поверхности), пропорционально кривизне поверхности. Давление насыщенного пара над искривленной поверхностью будет уменьшаться с уменьшением радиуса кривизны. Конденсация паров будет происходить при меньшем давлении, чем над плоской поверхностью и тем быстрее, чем меньше радиус капилляра (больше радиус кривизны).
Электроосмос. Вывод уравнения Смолуховского для электрокинетического потенциала по скорости электроосмоса.
Электроосмос – явление перемещения жидкой дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы под действием электрического поля.
n -вязкость среды U0 – скорость электрофореза, ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды; ε0 — электрическая постоянная,
Роль сольватных оболочек для стабилизации коллоидных систем.
адсорбционно-сольватный фактор связан с существованием особых слоев жидкости (сольватных оболочек) вокруг всякой коллоидной частицы, которые препятствуют сближению частиц. Проявляется этот фактор в основном в лиофильных дисперсных системах. Лиофильные системы тем более устойчивы, чем сильнее развиты сольватные оболочки.
Ориентация молекул в сольватных слоях приводит к свойствам, характерным для квазитвердых тел - высокой вязкости, упругости, сопротивлению сдвигу - и препятствующим взаимопроникновению слоев при сближении частиц.
Еще большего развития достигают сольватные слои в результате адсорбции длинноцепочечных ПАВ и, в особенности, макромолекул ВМС. Большие размеры молекул, несущих собственные сольватные оболочки, создают на поверхности частиц адсорбционно-сольватные слои значительной протяженности и плотности. Такие слои обладают сопротивлением сдвигу и высокой вязкостью образ-ся структурно-механического барьера.
Т.о. макромолекулярн слои явл-ся весьма сильным фактором стабилизации, обеспечивая устойчивость дисп систем даже при очень высоких конц дисперсной фазы.
Билет 27 Адсорбция. Интегральное и дифференциальное изменение свободной энергии при адсорбции.
Адсорбция – процесс самопроизвольного перераспределения компонентов системы между поверхностным слоем и объемной фазой.
Чем отличается процессы гомогенной и гетерогенной конденсации и каковы причины возникновения метастабильного состояния в пересыщенных системах?
Процесс конденсации предполагает образование новой фазы на уже имеющихся поверхностях (стенках сосуда, частицах посторонних веществ-ядрах конденсации)-гетерогенная конденсация, или же на поверхности зародышей, возникающих самопроизвольно в результате флуктуаций плотности и концентрация вещества в системе - гомогенная конденсация. Конденсация происходит на поверхности ядер конденсации или зародышей очень малых размеров, из-за этого реакционная способность сконденсированного вещества больше, чем макрофазы. Поэтому чтобы сконденсированное вещество не возвращалось в первоначальную фазу необходимо наличие пересыщения в системе. Этими же причинами объясняется возможность существования систем в пересыщенных, перегретых, переохлажденных состояниях, которые называются метастабильными. Метастабильные состояния впервые были установлены Ловицем на примере пересыщенных растворов. Необходимость пересыщения для образования гетерогенной системы из гомогенной следует из того, что появление избыточной поверхностной энергии при конденсации должно быть сначала скомпенсировано избытком энергии Гиббса системы, это и обеспечивается пересыщением.